Zrozumienie testów uderzeniowych
A test uderzeniowy - zwana również testem udarności lub testem młotkowym - jest prostą techniką eksperymentalną służącą do określania częstotliwości własne oraz tłumienie charakterystyki struktury lub maszyny poprzez uderzenie w nią młotkiem (oprzyrządowanym lub nie) i pomiar wynikowej swobodnej wibracja odpowiedź z jednym lub więcej akcelerometry. Pojedyncze gwałtowne uderzenie wzbudza jednocześnie wszystkie postacie drgań konstrukcji, a FFT odpowiedzi ujawnia te naturalne częstotliwości jako szczyty w widmo częstotliwości. Jest to najbardziej praktyczna metoda testowanie modalne ponieważ nie wymaga niczego więcej niż młotka i analizatora drgań - żadnych drogich wytrząsarek elektrodynamicznych ani skomplikowanej konfiguracji. W rezultacie jest on stale wykorzystywany do rozwiązywania problemów rezonans problemy, weryfikowanie rezonanse strukturalne, i potwierdzenie, że częstotliwości robocze są bezpiecznie oddzielone od częstotliwości naturalnych.
1. Definicja: Co to jest test uderzeniowy?
Zasada testu uderzeniowego polega na tym, że uderzenie jest matematycznie bardzo krótkim impulsem zawierającym energię w szerokim paśmie częstotliwości jednocześnie. Gdy ta szerokopasmowa energia jest dostarczana do struktury, każdy tryb, którego naturalna częstotliwość leży w szerokości pasma impulsu, rezonuje jednocześnie. Struktura następnie "rezonuje" na swoich preferowanych częstotliwościach, a zanikająca odpowiedź - przechwycona przez akcelerometr - zawiera odcisk palca tych trybów. Przekształcenie rezonansu w domenę częstotliwości zamienia każdy tryb w wartość szczytową, dzięki czemu pojedyncze dotknięcie może w ciągu kilku sekund odwzorować dynamiczny charakter całej ramy maszyny, cokołu lub ciągu rur. Jest to przyjazny w terenie kuzyn szerszej dyscypliny testy udarowe.
2. Wymagany sprzęt
Młotek udarowy
Wybór młotka decyduje o tym, czy wynik jest ilościowy, czy tylko jakościowy.
Młotek instrumentowany (preferowany)
- Przetwornik siły wbudowany w głowicę młotka mierzy bezpośrednio siłę uderzenia.
- Umożliwia to prawdziwe funkcja przejścia (reakcja podzielona przez siłę) i funkcja odpowiedzi częstotliwościowej do obliczenia.
- Wyniki są ilościowe i powtarzalne.
- Typowy koszt: $500-3,000.
Nieinstrumentowany (prosty)
- Wystarczy zwykły młotek, gumowy młotek lub nawet uderzenie ręką.
- Mierzona jest tylko reakcja, a nie siła.
- Zapewnia jakościową identyfikację częstotliwości - gdzie znajdują się szczyty, ale nie ich bezwzględną wielkość na jednostkę siły.
- Jest to idealne rozwiązanie dla wielu zastosowań terenowych.
- Bezpłatne lub bardzo tanie.
Pomiar odpowiedzi
- Akcelerometr zamontowany w punkcie reakcji.
- Podłączony do analizatora drgań lub jednostki gromadzenia danych.
- Analiza FFT jest wymagana do rozdzielenia szczytów.
Analiza
- FFT sygnału odpowiedzi.
- Wartości szczytowe odpowiadają naturalnym częstotliwościom.
- Szerokość piku jest wskaźnikiem tłumienia.
3. Procedura badawcza
Podstawowy test uderzeniowy
- Podłącz akcelerometr: w wybranym punkcie pomiaru odpowiedzi.
- Konfiguracja analizatora: w trybie FFT, w odpowiednim zakresie częstotliwości dla struktury.
- Uderz w strukturę: pojedyncze mocne uderzenie młotkiem.
- Zarejestruj odpowiedź: nagrywanie zaniku drgań.
- Powtarzać: kilka uderzeń w celu uśrednienia - typowo od trzech do dziesięciu - aby wygładzić różnice między uderzeniami.
- Analiza: wynikowa FFT pokazuje szczyty częstotliwości naturalnych.
Zaawansowane testowanie
- Pomiary w wielu punktach odpowiedzi w celu określenia postacie drgań.
- Młotek z instrumentami do ilościowych funkcji transferowych
- Spójność analiza w celu potwierdzenia jakości zmierzonych danych.
- Pełne wyznaczenie funkcji odpowiedzi częstotliwościowej (FRF).
4. Zastosowania
Identyfikacja rezonansu
Jest to najbardziej powszechne zastosowanie. Test określa częstotliwości drgań własnych konstrukcji, które są następnie porównywane z częstotliwościami roboczymi maszyny - 1×, 2×, przejście łopatek, i tak dalej — w celu ustalenia, czy rezonans jest odpowiedzialny za wysokie wibracje, oraz w celu ukierunkowania strategii modyfikacji. Jest to również naturalnym odpowiednikiem rozbieg lub wybieg test, który ujawnia te same rezonanse, podczas gdy sama maszyna przechodzi przez różne prędkości.
Diagnostyka strukturalna
- Identyfikacja słabych lub zbyt elastycznych komponentów.
- Lokalizować luźny lub pęknięte struktury, które przesuwają lub rozdzielają oczekiwane piki.
- Ocena fundamentów lub montażu sztywność.
- Zapewnij porównanie przed i po, aby zweryfikować modyfikację strukturalną.
Testowanie modalne
- Wspólne określenie częstotliwości drgań własnych, kształtów modów i tłumienia.
- Weryfikacja modeli elementów skończonych względem zmierzonej rzeczywistości.
- Optymalizacja projektu konstrukcyjnego.
5. Interpretacja
Identyfikacja częstotliwości drgań własnych
- Piki w spektrum reakcji na uderzenie to częstotliwości drgań własnych.
- Ostre szczyty wskazują na niskie tłumienie, a tym samym potencjalny problem z rezonansem.
- Szerokie piki wskazują na wysokie tłumienie, gdzie rezonans jest mniej krytyczny.
- Wiele szczytów oznacza obecność wielu modów.
Ocena ryzyka rezonansu
- Jeśli częstotliwość drgań własnych pokrywa się z częstotliwością roboczą w zakresie ±20%, istnieje ryzyko rezonansu.
- Jeśli są one dobrze rozdzielone - więcej niż około 30% od siebie - stan jest ogólnie bezpieczny.
- Wysokość piku wskazuje, jak dużego wzmocnienia należy się spodziewać.
Oszacowanie tłumienia
- Zmierz szerokość piku w połowie jego maksymalnej wysokości.
- Obliczyć współczynnik tłumienia z tej szerokości pasma (metoda połowy mocy).
- Alternatywnie, można go wyprowadzić z szybkości zanikania oscylacji rezonansowych w dziedzinie czasu.
6. Zalety i ograniczenia
Atrakcyjność testu uderzeniowego polega na jego praktyczności, ale niesie ze sobą kompromisy, które analityk powinien uszanować.
Zalety
- Prostota: Minimalne wyposażenie, konfiguracja w ciągu kilku minut, brak konieczności zasilania do wzbudzenia i może być wykonywana niemal w dowolnym miejscu i czasie.
- Wzbudzenie szerokopasmowe: Jedno uderzenie wzbudza jednocześnie szeroki zakres częstotliwości, dzięki czemu wszystkie mody są identyfikowane w jednym teście - znacznie szybciej niż w przypadku metod sinusoidalnych.
- Praktyczność w terenie: nie wymaga transportu dużego sprzętu, działa na zainstalowanych maszynach i jest wystarczająco szybki do rutynowych czynności. rozwiązywanie problemów.
Ograniczenia
- Powtarzalność: siła uderzenia zmienia się w zależności od uderzenia; uśrednienie kilku uderzeń pomaga, a młotek z oprzyrządowaniem zapewnia stałą, mierzoną siłę.
- Spektrum siły: Spektrum uderzenia zależy od masy młotka i twardości końcówki — miękka końcówka przekazuje więcej energii do niskich częstotliwości, a twarda do wysokich częstotliwości — więc pojedynczy młotek może nie wzbudzać wszystkich częstotliwości w równym stopniu.
- Niski poziom siły: test nie może odtworzyć warunków pracy z dużą siłą, więc nieliniowości zależne od obciążenia mogą pozostać nie wzbudzone, co czyni go nieodpowiednim do testowania reakcji na wysokim poziomie.
7. Testy zderzeniowe w praktycznej pracy z wirnikiem
Test zderzeniowy i wirnik równoważenie są ściśle powiązane w terenie, ponieważ konstrukcja, która rezonuje w pobliżu prędkości obrotowej, będzie udawać — lub drastycznie wyolbrzymiać — pozorny niewyważenie. Przed przystąpieniem do poprawek inżynier powinien potwierdzić, że konstrukcja nośna nie jest w rezonansie; w przeciwnym razie faza a odczyty amplitudy używane do wyważania będą zniekształcone w pobliżu tego krytycznego obszaru. Przenośny dwukanałowy przyrząd, taki jak Balanset-1A mierzy 1-krotną amplitudę i fazę potrzebną do wyważania jedno- i dwuplaszczyznowego, a te same akcelerometry mogą rejestrować zanikanie drgań w celu sprawdzenia, czy częstotliwość drgań własnych cokołu lub płyty bazowej nie przekracza prędkości roboczej. Krótko mówiąc, test uderzeniowy jest prostym, ale potężnym sposobem mapowania częstotliwości drgań własnych i rezonansów strukturalnych za pomocą młotka i analizatora - niezbędnego narzędzia do diagnozowania rezonansów, walidacji modyfikacji i przeprowadzania szybkich badań modalnych bez specjalistycznego sprzętu testowego.
