Înțelegerea funcției de răspuns în frecvență (FRF)

1. Definiție: Ce este o funcție de răspuns în frecvență?

The Funcția de răspuns în frecvență (FRF) este o măsură ce descrie modul în care o structură, o componentă sau un sistem răspunde la o forță de excitație aplicată, în funcție de frecvență. În termeni mai simpli, FRF vă spune cât de mult va vibra un sistem la fiecare frecvență atunci când îl „loviți” cu o forță cunoscută.

FRF este un concept fundamental în dinamica structurală, analiză modalăși detectarea rezonanței. Este în esență o funcție de transfer care leagă un răspuns de ieșire măsurat (de obicei accelerare) la o forță de intrare măsurată.

FRF = Răspuns la ieșire / Forță de intrare

Atât ieșirea, cât și intrarea sunt funcții de frecvență, iar FRF în sine este o funcție complexă, adică conține atât amplitudinea, cât și fază informaţii.

2. Cum se măsoară un FRF?

Un FRF este de obicei măsurat folosind o tehnică numită „test de impact” sau testul cu impact:

1. Un accelerometru este montat pe structură în punctul în care trebuie măsurat răspunsul.
2. Structura este lovită într-un punct specific cu o substanță specială ciocan instrumentatAcest ciocan are un senzor de forță (o celulă de sarcină) încorporat în vârf, care măsoară forța de intrare a impactului.
3. Un canal multiplu analizor de vibrații înregistrează simultan atât semnalul de intrare de la ciocan, cât și semnalul de ieșire de la accelerometru.
4. Analizorul efectuează apoi o FFT pe ambele semnale și calculează raportul dintre ieșire și intrare la fiecare linie de frecvență. Rezultatul este FRF.

Acest proces se repetă cu impacturi multiple, care sunt mediate împreună pentru a produce o măsurare FRF curată și fiabilă.

3. Interpretarea unui grafic FRF

O FRF este de obicei afișată sub forma a două grafice:

• Graficul magnitudinii: Aceasta arată amplitudinea FRF în funcție de frecvență. Graficul va avea vârfuri distincte, iar frecvența fiecărui vârf corespunde unei frecvență naturală (sau frecvența de rezonanță) al structurii. Înălțimea vârfului este un indicator al cantității de amplificare și al nivelului de amortizare la acea rezonanță.
• Diagrama fazelor: Aceasta arată defazajul dintre răspuns și forța de intrare în funcție de frecvență. Pe măsură ce frecvența trece printr-o rezonanță, graficul de fază va arăta o defazare caracteristică de 180 de grade. Această defazare este o confirmare definitivă a unei frecvențe naturale.

4. Aplicații în diagnosticarea vibrațiilor

FRF este un instrument indispensabil pentru diagnosticarea și rezolvarea problemelor rezonanţă probleme la utilaje și structuri:

• Identificarea frecvențelor naturale: Utilizarea principală este de a identifica cu precizie frecvențele naturale ale unei mașini, ale bazei acesteia, ale conductelor conectate sau ale structurii de susținere înconjurătoare.
• Confirmarea rezonanței: Dacă o mașină prezintă vibrații ridicate la o anumită frecvență în timpul funcționării, o măsurare FRF poate confirma dacă acea frecvență de funcționare coincide cu o frecvență naturală structurală. Dacă vârful din spectrul de funcționare se potrivește cu un vârf din FRF, atunci rezonanța este confirmată ca fiind cauza principală a vibrațiilor ridicate.
• Analiză modală: Prin efectuarea măsurătorilor FRF în mai multe puncte diferite ale unei structuri, se poate construi un model computerizat complet al modurilor sale de vibrație („formele sale de deformare operațională” la rezonanță). Acest model poate fi utilizat pentru a proiecta modificări structurale eficiente.
• Modificare structurală (analiza „ce-ar fi dacă”): Odată ce rezonanța este confirmată, modelul modal poate fi utilizat pentru a simula efectul unor potențiale corecții (cum ar fi adăugarea unui element de rigidizare sau a unei mase) înainte de a se face orice modificări fizice, asigurându-se că soluția propusă va fi eficientă.

← Înapoi la indexul principal