Հաճախականության արձագանքի ֆունկցիայի (FRF) հասկացումը
Հաճախականային արձագանքի ֆունկցիա (FRF) կոնկրետ կառուցվածքի, բաղադրիչի կամ համակարգի պատասխանը կիրառված գրգռող ուժի նկատմամբ՝ որպես հաճախականության ֆունկցիա: Պարզ ասած՝ այն ցույց է տալիս, թե որքան կ տատանվի համակարգը յուրաքանչյուր հաճախականության դեպքում, երբ դուք այն “հարվածում եք” հայտնի ուժով: FRF-ը կառուցվածքային դինամիկայի հիմնասյունն է, մոդալ վերլուծություն և ռեզոնանս հայտնաբերում — և այն մեքենայի սեփական հաճախություններ գտնելու ամենաուղղակի միջոցն է, մինչև դրանք խնդիրներ առաջացնեն:
Մաթեմատիկորեն FRF-ը փոխանցման ֆունկցիա է, որը կապ է հաստատում չափված ելքային պատասխանի (ամենից հաճախ արագացում) և չափված մուտքային ուժի միջև.
FRF = Ելքային արձագանք / Մուտքային ուժ
Ելքային և մուտքային մեծությունները երկուսն էլ հաճախականության ֆունկցիաներ են, և FRF-ն ինքնին կոմպլեքս ֆունկցիա է — այն պարունակում է ինչպես ամպլիտուդ և փուլ տեղեկատվություն յուրաքանչյուր հաճախականային գծի համար: Այդ ֆազային բովանդակությունն է, որ FRF-ը շատ ավելի տեղեկատվական է դարձնում, քան սովորական աշխատանքային սպեկտր, որը գրանցում է պատասխանը, բայց ոչ այն ուժը, որը պատճառ է դարձել:
1. Սահմանում. Ի՞նչ է իրականում չափում FRF-ը
Սովորական տատանումների սպեկտրը ցույց է տալիս, թե որքան ուժեղ է մեքենան թրթռում, բայց ոչ ինչու: FRF-ը պատասխանում է այլ և ավելի հիմնարար հարցի. ի՞նչ է կառուցվածքի ներքին միտումը շարժումը ուժեղացնելու յուրաքանչյուր հաճախականության դեպքում՝ անկախ նրանից, թե որքան ուժեղ է այն գործարկվում: Քանի որ այն նորմավորում է պատասխանը՝ հայտնի մուտքային ուժով, FRF-ը կառուցվածքի սեփական հատկանիշն է — դրա զանգվածը, կոշտությունը և մարում — ոչ թե այն ուժերը, որոնք առկա են տվյալ օրը: Օգտագործվող պատասխանի միավորից կախված՝ նույն չափումը տարբեր անուններ է ստանում. արագացում/ուժ (accelerance), արագություն/ուժ (mobility) կամ տեղաշարժ/ուժ (receptance), բայց բոլորը FRF-ի ձևերն են:
2. Ինչպե՞ս է չափվում FRF-ն
Դասական դաշտային մեթոդը բախման փորձն է, որը նաև կոչվում է հարվածային փորձ.
- Մի ակսելերոմետր ամրացված է կառուցվածքին այն կետում, որտեղ պետք է չափվի արձագանքը
- Կառուցվածքը հարվածվում է ընտրված կետում գործիքավորված մուրճ — մի մուրճ, որի ծայրին ներկառուցված է ուժի զոնդ (աշխարհիչ), որը չափում է յուրաքանչյուր հարվածի մուտքային ուժը:
- Բազմալուծային տատանումների վերլուծիչ միաժամանակ գրանցում է մուրճից մուտքային ազդանշանը և ակսելերոմետրից ելքային ազդանշանը:
- Անալիզատորը կատարում է FFT երկու ազդանշանների համար և հաշվարկում է ելքի և մուտքի հարաբերակցությունը յուրաքանչյուր հաճախականային գծի համար: Այդ հարաբերակցությունը FRF-ն է:
Գործընթացը կրկնվում է մի քանի հարվածների ընթացքում, և արդյունքները միջինացվում են, ինչը ճնշում է պատահական աղմուկը և ապահովում մաքուր, հուսալի չափում: FRF-ի հետ միասին հաշվարկվում է կոհերենտություն ֆունկցիան որպես որակի ստուգում. 1.0-ին մոտ կոհերենտությունը հետաքրքրող շրջանակում հաստատում է, որ չափված պատասխանը իսկապես պայմանավորված է չափված մուտքով, և ոչ թե արտաքին աղմուկով, վատ տեղադրված զոնդով կամ կրկնակի մուրճի հարվածով:
3. FRF գրաֆիկի մեկնաբանումը
FRF-ը սովորաբար ցուցադրվում է որպես գրաֆիկների զույգ, որոնք պետք է կարդալ միասին.
- Ամպլիտուդային գրաֆիկ. ցույց է տալիս FRF-ի ամպլիտուդը՝ հաճախականության նկատմամբ: Այն պարունակում է հստակ գագաթներ, և յուրաքանչյուր գագաթի հաճախականությունը սեփական (ռեզոնանսային) հաճախականությունն է կառուցվածքի: Գագաթների բարձրությունը և սրությունը ցույց են տալիս, թե որքան ուժեղացում է տեղի ունենում այնտեղ և ինչքան մարում կա — բարձր, նեղ գագաթը նշանակում է թույլ մարում և ուժեղ ուժեղացում, ցածր, լայն գագաթը՝ ուժեղ մարում:
- Ֆազային գրաֆիկ. ցույց է տալիս պատասխանի և մուտքային ուժի միջև ֆազային շեղումը՝ հաճախականության նկատմամբ: Երբ հաճախականությունը անցնում է ռեզոնանսով, ֆազը կատարում է բնորոշ 180° շեղում՝ անցնելով 90°-ից հենց սեփական հաճախականության դեպքում: Այս ֆազային վարքագիծը վճռորոշ հաստատումն է, որ գագաթը իսկապես ռեզոնանս է, և ոչ թե, օրինակ, չափման արտեֆակտ:
Երկու գրաֆիկներն էլ միասին կարդալը երաշխիքն է. իսկական մոդը ցույց է տալիս ինչպես ամպլիտուդային գագաթը, այնպես էլ համապատասխան ֆազային անցումը, մինչդեռ կեղծ գագաթները սովորաբար դա չեն անում:
4. Կիրառությունները տատանումների դիագնոստիկայում
FRF-ը անհրաժեշտ գործիք է մեքենաների և կրող կառուցվածքների ռեզոնանսային խնդիրները ախտորոշելու և բուժելու համար.
- Սեփական հաճախականությունների նույնականացում. այն հիմնական նպատակն է — մեքենայի, դրա հիմնապատկերի, միացված խողովակաշարի կամ շրջակա կրող կառուցվածքի.
- Ռեզոնանսի հաստատում. եթե մեքենան ծառայության ընթացքում ուժեղ է տատանվում որոշակի հաճախականությամբ, FRF-ի չափումը բացահայտում է, թե արդյոք այդ աշխատանքային հաճախականությունը համընկնում է կառուցվածքային սեփական հաճախականության հետ: Երբ աշխատող սպեկտրի գագաթը համընկնում է FRF-ի գագաթի հետ, ռեզոնանսը հաստատվում է որպես բարձր տատանումների հիմնական պատճառ — շատ ավելի վճռորոշ պատասխան, քան կարող է տալ միայն սպեկտրային տվյալները:
- Մոդալ վերլուծություն: կառուցվածքի շատ կետերում FRF-ի չափումներ կատարելով՝ կարելի է կառուցել դրա տատանումների մոդերի ամբողջական մոդելը — դրա մոդային ձևեր, կամ ռեզոնանսի դեպքում աշխատանքային ծռման ձևերը: Այս մոդելը ցույց է տալիս ոչ միայն յուրաքանչյուր մոդի հաճախականությունը, այլև այն ձևը, որով կառուցվածքը դեֆորմացվում է:
- Կառուցվածքային փոփոխություն (“եթե-ինչ” վերլուծություն). ռեզոնանսը հաստատելուց հետո մոդալ մոդելը կարող է սիմուլյացիայի ենթարկել թեկնածու լուծումների ազդեցությունը — օրինակ՝ կոշտեցնող տարր կամ ճշգրտման զանգված ավելացնելը — մինչև մետաղը կտրվի, որպեսզի ընտրված միջոցառումը նախապես ապացուցված լինի:
5. Ինչու՞ է FRF-ը կարևոր պտտվող մեքենաների համար
Ռեզոնանսը ամենատարածված պատճառներից մեկն է, թե ինչու ճիշտ բալանսավորված ռոտորը դեռևս չափազանց ուժեղ է տատանվում: Եթե մեքենայի աշխատանքային արագություն համընկնում է կառուցվածքային սեփական հաճախության հետ, նույնիսկ փոքրիկ մնացորդային անհավասարակշռություն հսկայական չափով ուժեղանում է, և հետագա բալանսավորման ոչ մի քանակ չի կարողանա նվազեցնել տատանումները։ Ահա թե ինչու FRF-ն կամ bump test-ը պատկանում են բալանսավորման ինժեների գործիքակազմին։ Երբ ռոտորը հրաժարվում է բալանսավորվել, FRF-ն բացահայտում է, թե արդյոք իրական մեղավորը ռեզոնանսային հենարանն է, թե՞ ինքը՝ ռոտորը։ Տեղում սա հաճախ իրականանում է մեկ գործիքով՝ կրելի երկու ալիքանի վերլուծիչով, ինչպիսին է Balanset-1A կարող է գրանցել 1× ամպլիտուդը և փուլը, որոնք բնութագրում են աշխատանքային վիճակը, մինչդեռ կանգնած կառուցվածքի bump test-ը բացահայտում է ցանկացած մոտակա սեփական հաճախություն, որը աշխատանքային պտտաթիվը կարող է գրգռել։ Աշխատանքային պտտաթվի և կառուցվածքի ռեզոնանսների միջև տարբերությունը հաստատելը՝ սեփական հաճախության հաշվիչ, հաճախ բացատրում է համառ տատանումները, որոնք միայն բալանսավորումը երբեք չէր կարող լուծել։
