Forstå frekvensresponsfunksjonen (FRF)

1. Definisjon: Hva er en frekvensresponsfunksjon?

Den Frekvensresponsfunksjon (FRF) er et mål som beskriver hvordan en struktur, komponent eller system reagerer på en påført eksitasjonskraft, som en funksjon av frekvens. Enklere sagt forteller FRF deg hvor mye et system vil vibrere ved hver frekvens når du «treffer» det med en kjent kraft.

FRF er et grunnleggende konsept innen strukturell dynamikk, modal analyse, og resonansdeteksjon. Det er i hovedsak en overføringsfunksjon som relaterer en målt utgangsrespons (vanligvis akselerasjon) til en målt inngangskraft.

FRF = Utgangsrespons / Inngangskraft

Både utgangen og inngangen er funksjoner av frekvens, og FRF i seg selv er en kompleks funksjon, som betyr at den inneholder både amplitude og fase informasjon.

2. Hvordan måles en FRF?

En FRF måles vanligvis ved hjelp av en teknikk som kalles en «slagprøve» eller bumptest:

1. En akselerometer er montert på konstruksjonen på det punktet der responsen skal måles.
2. Strukturen blir truffet på et bestemt punkt med en spesiell instrumentert hammerDenne hammeren har en kraftsensor (en lastcelle) innebygd i spissen, som måler inngangskraften fra støtet.
3. En flerkanals vibrasjonsanalysator registrerer samtidig både inngangssignalet fra hammeren og utgangssignalet fra akselerometeret.
4. Analysatoren utfører deretter en FFT på begge signalene og beregner forholdet mellom utgang og inngang på hver frekvenslinje. Resultatet er FRF.

Denne prosessen gjentas med flere støt, som gjennomsnittlig beregnes for å produsere en ren og pålitelig FRF-måling.

3. Tolkning av et FRF-plott

En FRF vises vanligvis som to plott:

• Størrelsesdiagram: Dette viser amplituden til FRF versus frekvens. Plottet vil ha distinkte topper, og frekvensen til hver topp tilsvarer en naturlig frekvens (eller resonansfrekvens) av strukturen. Høyden på toppen er en indikator på mengden forsterkning og nivået av demping ved den resonansen.
• Faseplott: Dette viser faseforskyvningen mellom responsen og inngangskraften versus frekvens. Når frekvensen passerer gjennom en resonans, vil faseplottet vise et karakteristisk 180-graders skift. Dette faseforskyvningen er en definitiv bekreftelse på en naturlig frekvens.

4. Anvendelser innen vibrasjonsdiagnostikk

FRF er et uunnværlig verktøy for diagnostisering og løsning av resonans problemer i maskiner og konstruksjoner:

• Identifisering av naturlige frekvenser: Den primære bruken er å nøyaktig identifisere de naturlige frekvensene til en maskin, dens base, tilkoblede rør eller den omkringliggende støttestrukturen.
• Bekrefter resonans: Hvis en maskin viser høy vibrasjon ved en bestemt frekvens under drift, kan en FRF-måling bekrefte om den driftsfrekvensen samsvarer med en strukturell egenfrekvens. Hvis toppen i driftsspekteret samsvarer med en topp i FRF, bekreftes resonans som den grunnleggende årsaken til den høye vibrasjonen.
• Modalanalyse: Ved å ta FRF-målinger på mange forskjellige punkter på en konstruksjon, kan en fullstendig datamodell av dens vibrasjonsmoduser (dens «opererende avbøyningsformer» ved resonans) konstrueres. Denne modellen kan brukes til å designe effektive strukturelle modifikasjoner.
• Strukturell modifikasjon («Hva om»-analyse): Når en resonans er bekreftet, kan den modale modellen brukes til å simulere effekten av potensielle reparasjoner (som å legge til en avstiver eller en masse) før noen fysiske endringer gjøres, slik at den foreslåtte løsningen vil være effektiv.

← Tilbake til hovedindeksen