Zrozumienie funkcji odpowiedzi częstotliwościowej (FRF)

1. Definicja: Czym jest funkcja odpowiedzi częstotliwościowej?

The Funkcja odpowiedzi częstotliwościowej (FRF) to miara opisująca reakcję konstrukcji, komponentu lub systemu na przyłożoną siłę wzbudzającą w funkcji częstotliwości. Mówiąc prościej, FRF informuje, jak bardzo system będzie drgał przy każdej częstotliwości, gdy zostanie „uderzony” znaną siłą.

FRF jest podstawową koncepcją dynamiki strukturalnej, analiza modalnai detekcja rezonansu. Jest to zasadniczo funkcja przejścia, która odnosi zmierzoną odpowiedź wyjściową (zwykle przyśpieszenie) do zmierzonej siły wejściowej.

FRF = Reakcja wyjściowa / Siła wejściowa

Zarówno wyjście, jak i wejście są funkcjami częstotliwości, a sama funkcja FRF jest funkcją zespoloną, co oznacza, że zawiera zarówno amplitudę, jak i faza informacja.

2. Jak mierzy się FRF?

Pomiaru FRF dokonuje się zazwyczaj za pomocą techniki zwanej „testem udarności” lub test uderzeniowy:

1. Jakiś akcelerometr montuje się na konstrukcji w punkcie, w którym ma być mierzona odpowiedź.
2. Konstrukcja jest uderzana w określonym punkcie specjalnym młotek instrumentalny. W końcówce tego młota wbudowany jest czujnik siły (ogniwo tensometryczne), który mierzy siłę uderzenia.
3. Wielokanałowy analizator drgań jednocześnie rejestruje sygnał wejściowy z młotka i sygnał wyjściowy z akcelerometru.
4. Następnie analizator wykonuje FFT na obu sygnałach i oblicza stosunek sygnału wyjściowego do sygnału wejściowego dla każdej linii częstotliwości. Wynikiem jest FRF.

Proces ten powtarza się wielokrotnie, a następnie uśrednia się go, aby uzyskać czysty i wiarygodny pomiar FRF.

3. Interpretacja wykresu FRF

FRF jest zwykle przedstawiany w postaci dwóch wykresów:

• Wykres wielkości: Pokazuje amplitudę FRF w funkcji częstotliwości. Wykres będzie miał wyraźne piki, a częstotliwość każdego piku odpowiada częstotliwość własna (lub częstotliwość rezonansowa) struktury. Wysokość szczytu jest wskaźnikiem stopnia wzmocnienia i poziomu tłumienie przy tym rezonansie.
• Wykres fazowy: Pokazuje to przesunięcie fazowe między odpowiedzią a siłą wejściową w funkcji częstotliwości. Gdy częstotliwość przechodzi przez rezonans, wykres fazowy pokazuje charakterystyczne przesunięcie o 180 stopni. To przesunięcie fazowe jest ostatecznym potwierdzeniem częstotliwości naturalnej.

4. Zastosowania w diagnostyce drgań

FRF jest niezbędnym narzędziem do diagnozowania i rozwiązywania problemów rezonans problemy w maszynach i konstrukcjach:

• Identyfikacja częstotliwości naturalnych: Podstawowym zastosowaniem jest precyzyjna identyfikacja częstotliwości własnych maszyny, jej podstawy, podłączonych do niej rur lub otaczającej ją konstrukcji wsporczej.
• Potwierdzenie rezonansu: Jeśli maszyna podczas pracy wykazuje wysokie drgania o określonej częstotliwości, pomiar częstotliwości rezonansowej (FRF) może potwierdzić, czy ta częstotliwość robocza pokrywa się z częstotliwością drgań własnych konstrukcji. Jeśli szczyt w widmie roboczym pokrywa się ze szczytem częstotliwości rezonansowej (FRF), rezonans zostaje potwierdzony jako główna przyczyna wysokich drgań.
• Analiza modalna: Wykonując pomiary FRF w wielu różnych punktach konstrukcji, można zbudować pełny model komputerowy jej trybów drgań („kształtów ugięcia roboczego” w rezonansie). Model ten może posłużyć do zaprojektowania efektywnych modyfikacji konstrukcyjnych.
• Modyfikacja strukturalna (analiza „co by było, gdyby”): Po potwierdzeniu rezonansu model modalny można wykorzystać do symulacji skutków potencjalnych poprawek (takich jak dodanie usztywniacza lub masy) przed wprowadzeniem jakichkolwiek zmian fizycznych, co pozwoli mieć pewność, że proponowane rozwiązanie będzie skuteczne.

← Powrót do indeksu głównego