Memahami Analisis Modal
Definisi: Apakah Analisis Modal?
Analisis modal ialah proses mengkaji dan mencirikan sifat dinamik yang wujud bagi struktur atau sistem mekanikal. Sifat-sifat ini—khususnya frekuensi semula jadi, nisbah redaman, dan bentuk mod—dikenali sebagai “parameter modal” sistem. Analisis modal menentukan cara unik di mana struktur secara semula jadi akan cenderung bergetar jika teruja. Maklumat ini adalah asas untuk mereka bentuk struktur yang boleh menahan daya dinamik, serta untuk menyelesaikan masalah dan menyelesaikan masalah getaran yang kompleks.
Matlamat: Mengenalpasti Parameter Modal
Setiap struktur mempunyai set parameter modal unik yang ditentukan oleh sifat fizikalnya (jisim, kekakuan dan redaman). Matlamat analisis modal adalah untuk mengenal pasti ini:
- Frekuensi Semula Jadi (atau Frekuensi Resonans): Ini adalah frekuensi khusus di mana struktur akan bergetar dengan amplitud terbesar apabila teruja. Terdapat berbilang frekuensi semula jadi untuk mana-mana struktur tertentu.
- Nisbah Redaman: Parameter ini mengukur seberapa cepat getaran struktur akan mereput. Ia adalah ukuran pelesapan tenaga dalam struktur.
- Bentuk Mod: Bentuk mod ialah corak ubah bentuk atau pesongan khusus yang dialami oleh struktur apabila bergetar pada salah satu frekuensi semula jadinya. Setiap frekuensi semula jadi mempunyai bentuk mod sepadan yang unik.
Dengan mengenal pasti parameter ini, jurutera boleh memahami sepenuhnya dan meramalkan cara struktur akan bertindak balas terhadap sebarang beban dinamik yang mungkin dihadapi semasa operasi.
Jenis Analisis Modal
Terdapat dua pendekatan utama untuk menentukan parameter modal struktur:
1. Analisis Modal Eksperimen (EMA)
EMA, juga dikenali sebagai "ujian benjolan," melibatkan pengukuran tindak balas struktur kepada daya input terkawal yang diketahui. Ia adalah kaedah yang paling biasa untuk menguji perkakasan dunia sebenar. Proses tersebut melibatkan:
- Mengujakan struktur dengan daya terukur, biasanya daripada an tukul hentaman beralat (yang mempunyai penderia daya di hujungnya) atau an penggoncang elektrodinamik.
- Mengukur tindak balas getaran pada satu atau lebih lokasi pada struktur menggunakan pecutan.
- Mengira Fungsi Respons Kekerapan (FRF) bagi setiap titik pengukuran, iaitu nisbah getaran keluaran kepada daya masukan.
- Menggunakan perisian khusus untuk menganalisis set FRF untuk mengekstrak frekuensi semula jadi, redaman dan bentuk mod. Perisian kemudiannya boleh menghidupkan bentuk mod untuk menggambarkan bagaimana struktur berubah bentuk pada setiap frekuensi semula jadi.
2. Analisis Modal Operasi (OMA)
OMA digunakan apabila tidak praktikal atau mustahil untuk menggunakan daya input terkawal, atau apabila penting untuk memahami gelagat struktur di bawah keadaan operasi sebenar. Dalam OMA, hanya tindak balas keluaran struktur diukur (menggunakan pecutan) semasa ia sedang teruja oleh daya operasi atau ambien biasa (cth, angin pada jambatan, input jalan pada kereta, atau daya operasi dalam mesin yang sedang berjalan). Algoritma lanjutan kemudiannya digunakan untuk mengekstrak parameter modal daripada data respons sahaja. Ini adalah pendekatan yang lebih kompleks tetapi kadangkala perlu.
3. Analisis Modal Analisis (FEA)
Ini adalah pendekatan teori semata-mata menggunakan model komputer, paling biasa Analisis Elemen Terhingga (FEA). Jurutera mencipta model maya struktur dan perisian mengira parameter modal yang diramalkan. EMA sering dilakukan untuk mengesahkan dan memperhalusi ketepatan model FEA ini.
Aplikasi Analisis Modal
- Menyelesaikan Masalah Resonans: Aplikasi yang paling biasa. Jika mesin mempunyai getaran yang tinggi, analisis modal boleh menentukan sama ada frekuensi semula jadi struktur sedang teruja oleh daya operasi.
- Pengesahan Reka Bentuk: Jurutera menggunakannya untuk mengesahkan bahawa frekuensi semula jadi produk baharu tidak hampir dengan mana-mana frekuensi pengujaan yang diketahui (cth, RPM enjin, kekerapan hantaran bilah).
- Pengubahsuaian Struktur: Jika masalah resonans ditemui, model modal boleh digunakan untuk melakukan analisis "bagaimana-jika" untuk menentukan cara paling berkesan untuk membetulkannya (cth, "Di manakah saya harus menambah pengeras untuk menggerakkan frekuensi semula jadi ini lebih tinggi?").
- Pemantauan Kesihatan Struktur: Perubahan dalam parameter modal struktur dari semasa ke semasa boleh menunjukkan kehadiran kerosakan, seperti retak.