Modalinės analizės supratimas

Apibrėžimas: Kas yra modalinė analizė?

Modalinė analizė yra konstrukcijos ar mechaninės sistemos būdingų dinaminių savybių tyrimo ir apibūdinimo procesas. Šios savybės – konkrečiai jos natūralieji dažniai, slopinimo santykiaiir režimo formos—yra žinomi kaip sistemos „modaliniai parametrai“. Modalinė analizė nustato unikalius būdus, kuriais konstrukcija natūraliai linkusi vibruoti, jei yra sužadinama. Ši informacija yra esminė projektuojant konstrukcijas, kurios gali atlaikyti dinamines jėgas, taip pat sprendžiant sudėtingas vibracijos problemas ir jas šalinant.

Tikslas: Modalinių parametrų nustatymas

Kiekviena konstrukcija turi unikalų modalinių parametrų rinkinį, kurį lemia jos fizinės savybės (masė, standumas ir slopinimas). Modalinės analizės tikslas yra juos nustatyti:

• Natūralūs dažniai (arba rezonansiniai dažniai): Tai yra konkretūs dažniai, kuriais sužadinta struktūra vibruos didžiausia amplitude. Bet kuri struktūra turi kelis natūralius dažnius.
• Slopinimo koeficientai: Šis parametras kiekybiškai įvertina, kaip greitai sumažės konstrukcijos vibracijos. Tai energijos išsisklaidymo konstrukcijos viduje matas.
• Režimo formos: Režimo forma yra specifinis deformacijos arba įlinkio modelis, kurį patiria konstrukcija, vibruodama vienu iš savo natūraliųjų dažnių. Kiekvienas natūralus dažnis turi unikalią atitinkamą režimo formą.

Nustatydami šiuos parametrus, inžinieriai gali visiškai suprasti ir numatyti, kaip konstrukcija reaguos į bet kokią dinaminę apkrovą, su kuria gali susidurti eksploatacijos metu.

Modalinės analizės tipai

Yra du pagrindiniai būdai nustatyti struktūros modalinius parametrus:

1. Eksperimentinė modalinė analizė (EMA)

EMA, dar žinomas kaip „smūgio bandymas“, apima konstrukcijos reakcijos į žinomą, kontroliuojamą įvesties jėgą matavimą. Tai yra labiausiai paplitęs metodas realios įrangos bandymui. Procesas apima:

1. Sužadinant struktūrą išmatuota jėga, paprastai iš instrumentinis smūginis plaktukas (kurio gale yra jėgos jutiklis) arba elektrodinaminis kratytuvas.
2. Vibracijos atsako matavimas vienoje ar keliose konstrukcijos vietose naudojant akselerometrus.
3. Skaičiuojant Dažnio atsako funkcija (FRF) kiekvienam matavimo taškui, kuris yra išėjimo vibracijos ir įėjimo jėgos santykis.
4. Naudojant specializuotą programinę įrangą, analizuojamas FRF rinkinys, siekiant išskirti natūralius dažnius, slopinimą ir modų formas. Tada programinė įranga gali animuoti modų formas, kad vizualizuotų, kaip struktūra deformuojasi kiekvienu natūraliu dažniu.

2. Operacinė modalinė analizė (OMA)

OMA naudojamas, kai nepraktiška arba neįmanoma taikyti kontroliuojamos įvesties jėgos arba kai svarbu suprasti konstrukcijos elgseną realiomis eksploatavimo sąlygomis. OMA metodu matuojamas tik konstrukcijos išėjimo atsakas (naudojant akselerometrus), kai ją sužadina įprastos eksploatacinės arba aplinkos jėgos (pvz., vėjas į tiltą, kelio įėjimai į automobilį arba eksploatacinės jėgos veikiančioje mašinoje). Tada naudojami pažangūs algoritmai, skirti išgauti modalinius parametrus iš atsako duomenų. Tai sudėtingesnis, bet kartais būtinas metodas.

3. Analitinė modalinė analizė (FEA)

Tai grynai teorinis metodas, dažniausiai naudojant kompiuterinius modelius. Baigtinių elementų analizė (FEA)Inžinieriai sukuria virtualų konstrukcijos modelį, o programinė įranga apskaičiuoja numatomus modalinius parametrus. EMA dažnai atliekama siekiant patvirtinti ir patikslinti šių baigtinių elementų analizės (BEA) modelių tikslumą.

Modalinės analizės taikymas

• Rezonanso problemų šalinimas: Dažniausias jo pritaikymas. Jei mašina turi didelę vibraciją, modalinė analizė gali nustatyti, ar darbinė jėga sužadina konstrukcijos natūralų dažnį.
• Dizaino patvirtinimas: Inžinieriai jį naudoja norėdami patvirtinti, kad naujo produkto natūralūs dažniai nėra artimi jokiems žinomiems sužadinimo dažniams (pvz., variklio apsukų skaičiui, mentės praėjimo dažniui).
• Struktūrinis modifikavimas: Jei randama rezonanso problema, modalinis modelis gali būti naudojamas „kas būtų, jeigu“ analizei atlikti, siekiant nustatyti efektyviausią jos sprendimo būdą (pvz., „Kur turėčiau pridėti standumo briauną, kad šis natūralus dažnis pakiltų aukščiau?“).
• Struktūrinės sveikatos stebėsena: Laikui bėgant kintantys konstrukcijos modaliniai parametrai gali rodyti pažeidimus, pavyzdžiui, įtrūkimą.

← Atgal į pagrindinį rodyklę