Inzicht in de frequentieresponsfunctie (FRF)

1. Definitie: Wat is een frequentieresponsfunctie?

De Frequentieresponsfunctie (FRF) is een maatstaf die beschrijft hoe een structuur, component of systeem reageert op een toegepaste excitatiekracht, als functie van de frequentie. Simpel gezegd geeft de FRF aan hoeveel een systeem bij elke frequentie zal trillen wanneer je er een bekende kracht op "slaat".

De FRF is een fundamenteel concept in de structurele dynamiek, modale analyseen resonantiedetectie. Het is in wezen een overdrachtsfunctie die een gemeten uitgangsrespons (meestal versnelling) aan een gemeten invoerkracht.

FRF = Uitgangsrespons / Ingangskracht

Zowel de output als de input zijn functies van de frequentie, en de FRF zelf is een complexe functie, wat betekent dat deze zowel amplitude als fase informatie.

2. Hoe wordt een FRF gemeten?

Een FRF wordt doorgaans gemeten met behulp van een techniek die een ‘impacttest’ wordt genoemd of bumptest:

1. Een versnellingsmeter wordt op de constructie gemonteerd op de plaats waar de respons gemeten moet worden.
2. De structuur wordt op een specifiek punt met een speciaal slagijzer geslagen. geïnstrumenteerde hamerDeze hamer heeft een ingebouwde krachtsensor (een weegcel) in de punt, die de kracht van de impact meet.
3. Een multi-kanaal trillingsanalysator registreert gelijktijdig zowel het ingangssignaal van de hamer als het uitgangssignaal van de versnellingsmeter.
4. De analysator voert vervolgens een FFT op beide signalen en berekent de verhouding tussen de output en de input op elke frequentielijn. Het resultaat is de FRF.

Dit proces wordt herhaald met meerdere impacts, die samen worden gemiddeld om een schone en betrouwbare FRF-meting te produceren.

3. Interpretatie van een FRF-plot

Een FRF wordt meestal weergegeven als twee grafieken:

• Magnitudeplot: Dit toont de amplitude van de FRF versus de frequentie. De grafiek zal duidelijke pieken vertonen, en de frequentie van elke piek komt overeen met een natuurlijke frequentie (of resonantiefrequentie) van de structuur. De hoogte van de piek is een indicator van de hoeveelheid versterking en het niveau van demping bij die resonantie.
• Faseplot: Dit toont de faseverschuiving tussen de respons en de invoerkracht versus de frequentie. Wanneer de frequentie een resonantie doorloopt, zal de fasegrafiek een karakteristieke verschuiving van 180 graden laten zien. Deze faseverschuiving is een definitieve bevestiging van een eigenfrequentie.

4. Toepassingen in trillingsdiagnostiek

De FRF is een onmisbaar hulpmiddel voor het diagnosticeren en oplossen van resonantie problemen in machines en constructies:

• Natuurlijke frequenties identificeren: Het belangrijkste doel is om de natuurlijke frequenties van een machine, de basis ervan, de aangesloten leidingen of de omliggende ondersteunende structuur nauwkeurig te identificeren.
• Bevestiging van resonantie: Als een machine tijdens bedrijf hoge trillingen vertoont bij een specifieke frequentie, kan een FRF-meting bevestigen of die bedrijfsfrequentie overeenkomt met een structurele eigenfrequentie. Als de piek in het bedrijfsspectrum overeenkomt met een piek in de FRF, wordt bevestigd dat resonantie de hoofdoorzaak is van de hoge trillingen.
• Modale analyse: Door FRF-metingen uit te voeren op verschillende punten op een constructie, kan een volledig computermodel van de trillingsmodi (de "Operating Deflection Shapes" bij resonantie) worden geconstrueerd. Dit model kan worden gebruikt om effectieve structurele aanpassingen te ontwerpen.
• Structurele modificatie (“wat als”-analyse): Zodra een resonantie is bevestigd, kan het modale model worden gebruikt om het effect van mogelijke oplossingen (zoals het toevoegen van een versteviging of een massa) te simuleren voordat er fysieke wijzigingen worden aangebracht. Zo wordt gegarandeerd dat de voorgestelde oplossing effectief zal zijn.

← Terug naar hoofdindex