Comprensione della funzione di risposta in frequenza (FRF)

1. Definizione: Che cos'è una funzione di risposta in frequenza?

Il Funzione di risposta in frequenza (FRF) è una misura che descrive come una struttura, un componente o un sistema risponde a una forza di eccitazione applicata, in funzione della frequenza. In termini più semplici, la FRF indica quanto un sistema vibrerà a ciascuna frequenza quando lo si "colpisce" con una forza nota.

La FRF è un concetto fondamentale nella dinamica strutturale, analisi modalee rilevamento della risonanza. È essenzialmente una funzione di trasferimento che mette in relazione una risposta di uscita misurata (solitamente accelerazione) a una forza di input misurata.

FRF = Risposta in uscita / Forza in ingresso

Sia l'uscita che l'ingresso sono funzioni della frequenza e la FRF stessa è una funzione complessa, il che significa che contiene sia l'ampiezza che fase informazioni.

2. Come si misura un FRF?

Un FRF viene in genere misurato utilizzando una tecnica chiamata "test di impatto" o test di urto:

1. UN accelerometro è montato sulla struttura nel punto in cui si vuole misurare la risposta.
2. La struttura viene colpita in un punto specifico con uno speciale martello strumentatoQuesto martello ha un sensore di forza (una cella di carico) incorporato nella punta, che misura la forza di ingresso dell'impatto.
3. Un multicanale analizzatore di vibrazioni registra simultaneamente sia il segnale di ingresso dal martello sia il segnale di uscita dall'accelerometro.
4. L'analizzatore esegue quindi un FFT su entrambi i segnali e calcola il rapporto tra l'uscita e l'ingresso su ciascuna linea di frequenza. Il risultato è la FRF.

Questo processo viene ripetuto con impatti multipli, che vengono mediati insieme per produrre una misurazione FRF pulita e affidabile.

3. Interpretazione di un grafico FRF

Un FRF viene solitamente visualizzato come due grafici:

• Grafico della magnitudo: Questo mostra l'ampiezza della FRF in funzione della frequenza. Il grafico avrà picchi distinti e la frequenza di ciascun picco corrisponde a un frequenza naturale (o frequenza di risonanza) della struttura. L'altezza del picco è un indicatore della quantità di amplificazione e del livello di smorzamento a quella risonanza.
• Diagramma di fase: Questo grafico mostra lo sfasamento tra la risposta e la forza di ingresso in funzione della frequenza. Quando la frequenza attraversa una risonanza, il grafico di fase mostrerà uno sfasamento caratteristico di 180 gradi. Questo sfasamento è una conferma definitiva di una frequenza naturale.

4. Applicazioni nella diagnostica delle vibrazioni

L'FRF è uno strumento indispensabile per la diagnosi e la risoluzione risonanza problemi nei macchinari e nelle strutture:

• Identificazione delle frequenze naturali: L'uso principale è quello di identificare con precisione le frequenze naturali di una macchina, della sua base, delle tubazioni collegate o della struttura di supporto circostante.
• Conferma della risonanza: Se una macchina presenta vibrazioni elevate a una frequenza specifica durante il funzionamento, una misurazione della FRF può confermare se tale frequenza operativa coincide con una frequenza naturale strutturale. Se il picco nello spettro operativo corrisponde a un picco nella FRF, la risonanza è confermata come causa principale delle vibrazioni elevate.
• Analisi modale: Misurando la FRF in diversi punti di una struttura, è possibile costruire un modello computerizzato completo dei suoi modi di vibrazione (le sue "forme di deflessione operativa" in risonanza). Questo modello può essere utilizzato per progettare modifiche strutturali efficaci.
• Modifica strutturale (analisi “What If”): Una volta confermata la risonanza, il modello modale può essere utilizzato per simulare l'effetto di potenziali correzioni (come l'aggiunta di un rinforzo o di una massa) prima che vengano apportate modifiche fisiche, garantendo l'efficacia della soluzione proposta.

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