Modālās analīzes izpratne

Definīcija: Kas ir modālā analīze?

Modālā analīze ir struktūras vai mehāniskas sistēmas raksturīgo dinamisko īpašību izpētes un raksturošanas process. Šīs īpašības — īpaši tās dabiskās frekvences, slāpēšanas koeficientiun režīma formas—ir pazīstami kā sistēmas “modālie parametri”. Modālā analīze nosaka unikālos veidus, kā struktūra dabiski vibrēs, ja tā tiks ierosināta. Šī informācija ir būtiska tādu konstrukciju projektēšanai, kas spēj izturēt dinamiskos spēkus, kā arī sarežģītu vibrācijas problēmu novēršanai un risināšanai.

Mērķis: Modālo parametru identificēšana

Katrai struktūrai ir unikāls modālo parametru kopums, ko nosaka tās fizikālās īpašības (masa, stingrība un slāpēšana). Modālās analīzes mērķis ir identificēt šos parametrus:

• Dabiskās frekvences (vai rezonanses frekvences): Šīs ir specifiskās frekvences, kurās struktūra ierosināšanas brīdī vibrēs ar vislielāko amplitūdu. Jebkurai struktūrai ir vairākas pašfrekvences.
• Slāpēšanas koeficienti: Šis parametrs kvantificē, cik ātri mazināsies struktūras vibrācijas. Tas ir enerģijas izkliedes mērs struktūrā.
• Režīma formas: Režīma forma ir noteikts deformācijas vai novirzes modelis, ko struktūra piedzīvo, vibrējot vienā no tās dabiskajām frekvencēm. Katrai dabiskajai frekvencei ir atbilstoša unikāla režīma forma.

Nosakot šos parametrus, inženieri var pilnībā izprast un paredzēt, kā konstrukcija reaģēs uz jebkuru dinamisko slodzi, ar kuru tā varētu saskarties ekspluatācijas laikā.

Modālās analīzes veidi

Struktūras modālo parametru noteikšanai ir divas galvenās pieejas:

1. Eksperimentālā modālā analīze (EMA)

EMA, kas pazīstama arī kā "trieciena tests", ietver konstrukcijas reakcijas mērīšanu uz zināmu, kontrolētu ieejas spēku. Tā ir visizplatītākā metode reālās pasaules aparatūras testēšanai. Process ietver:

1. Struktūras ierosināšana ar izmērītu spēku, parasti no instrumentēts trieciena āmurs (kura galā ir spēka sensors) vai elektrodinamiskais kratītājs.
2. Vibrācijas reakcijas mērīšana vienā vai vairākās konstrukcijas vietās, izmantojot akselerometrus.
3. Aprēķināšana Frekvences atbildes funkcija (FRF) katram mērījuma punktam, kas ir izejas vibrācijas attiecība pret ieejas spēku.
4. Izmantojot specializētu programmatūru, lai analizētu FRF kopu un iegūtu dabiskās frekvences, slāpēšanu un režīma formas. Pēc tam programmatūra var animēt režīma formas, lai vizualizētu, kā struktūra deformējas katrā dabiskā frekvencē.

2. Operacionālā modālā analīze (OMA)

OMA tiek izmantota, ja nav praktiski vai neiespējami pielietot kontrolētu ieejas spēku vai ja ir svarīgi izprast konstrukcijas uzvedību faktiskajos ekspluatācijas apstākļos. OMA tiek mērīta tikai konstrukcijas izejas reakcija (izmantojot akselerometrus), kamēr to ierosina tās normāli ekspluatācijas vai apkārtējās vides spēki (piemēram, vējš uz tilta, ceļa ieejas uz automašīnu vai ekspluatācijas spēki darbojošā mašīnā). Pēc tam tiek izmantoti uzlaboti algoritmi, lai iegūtu modālos parametrus no tikai atbildes datiem. Šī ir sarežģītāka, bet dažreiz nepieciešama pieeja.

3. Analītiskā modālā analīze (FEA)

Šī ir tīri teorētiska pieeja, kurā visbiežāk tiek izmantoti datormodeļi. Galīgo elementu analīze (FEA)Inženieri izveido konstrukcijas virtuālo modeli, un programmatūra aprēķina paredzētos modālos parametrus. EMA bieži tiek veikta, lai validētu un precizētu šo FEA modeļu precizitāti.

Modālās analīzes pielietojumi

• Rezonanses problēmu novēršana: Visizplatītākais pielietojums. Ja mašīnai ir augsta vibrācija, modālā analīze var noteikt, vai darbības spēks ierosina strukturālo dabisko frekvenci.
• Dizaina validācija: Inženieri to izmanto, lai apstiprinātu, ka jaunā produkta dabiskās frekvences nav tuvu nevienai zināmai ierosmes frekvencei (piemēram, dzinēja apgriezieniem minūtē, lāpstiņas caurlaides frekvencei).
• Strukturāla modifikācija: Ja tiek atrasta rezonanses problēma, modālo modeli var izmantot, lai veiktu “kas būtu, ja” analīzes, lai noteiktu visefektīvāko veidu, kā to novērst (piemēram, “Kur man jāpievieno stingrinātājs, lai palielinātu šo dabisko frekvenci?”).
• Strukturālās veselības uzraudzība: Izmaiņas konstrukcijas modālajos parametros laika gaitā var norādīt uz bojājumu klātbūtni, piemēram, plaisu.

← Atpakaļ uz galveno indeksu