Razumevanje bump testiranja
A preizkus udarcev — imenovano tudi preskus udarne trdnosti ali preskus s kladivom — je preprosta eksperimentalna tehnika za ugotavljanje naravne frekvence in . dušenje lastnosti konstrukcije ali stroja z udarjanjem po njej s kladivom (z merilno opremo ali brez) in merjenjem nastalega prostega vibracije odgovor z enim ali več merilniki pospeška. En sam močan udarec sproži vse strukturne načine hkrati, in Hitra pretvorba (FFT) odzivni krivulji se te lastne frekvence kažejo kot vrhovi v frekvenčni spekter. To je najbolj praktična metoda za delo na terenu modalno testiranje ker za to potrebujete le kladivo in analizator vibracij – brez dragih elektrodinamičnih vibratorjev in brez zapletene opreme. Zato se ta metoda nenehno uporablja za odpravljanje napak resonanca težave, preverjanje strukturne resonancein s tem potrditi, da so delovne frekvence varno ločene od lastnih frekvenc.
1. Opredelitev: Kaj je preskus delovanja?
Načelo preskusa z udarnim impulzom temelji na dejstvu, da je udarec matematično gledano zelo kratek impulz, ki naenkrat vsebuje energijo v širokem frekvenčnem pasu. Ko se ta širokopasovna energija prenese na konstrukcijo, se vsak način, katerega lastna frekvenca leži znotraj pasovne širine impulza, začne hkrati nihati. Konstrukcija nato »zveni« na svojih značilnih frekvencah, odmevni odziv – ki ga zajame merilnik pospeška – pa nosi »prstni odtis« teh načinov. Preoblikovanje zvenenja v frekvenčno domeno spremeni vsak način v vrh, tako da lahko en sam udarec v nekaj sekundah prikaže dinamične lastnosti celotnega okvira stroja, podstavka ali cevovoda. To je praktična različica širše discipline udarno testiranje.
2. Potrebna oprema
Udarno kladivo
Od izbire kladiva je odvisno, ali bo rezultat količinski ali zgolj kakovostni.
Instrumentirano kladivo (zaželeno)
- Senzor sile, vgrajen v glavo kladiva, neposredno meri udarno silo.
- To omogoča pravo prenosna funkcija (odziv deljen s silo) ter funkcija frekvenčnega odziva se bo izračunal.
- Rezultati so kvantitativni in ponovljivi.
- Povprečna cena: 500–3.000 $.
Neinstrumentirano (preprosto)
- Zadošča navaden kladivo, gumijasti kladivo ali celo udarec z dlanjo.
- Merjen je le odziv, ne pa sila.
- Omogoča kvalitativno določanje frekvence – kje so vrhovi, ne pa tudi njihove absolutne vrednosti na enoto sile.
- To je za številne uporabe na terenu povsem zadostno.
- Brezplačno ali zelo poceni.
Merjenje odziva
- Merilnik pospeška, nameščen na želeni točki merjenja.
- Povezan z analizatorjem vibracij ali napravo za zajem podatkov.
- Za ločitev vrhov je potrebna možnost FFT-analize.
Analiza
- FFT odzivnega signala.
- Vrhovi ustrezajo lastnim frekvencam.
- Širina vrha je pokazatelj dušenja.
3. Postopek preskušanja
Osnovni preizkus udarne trdnosti
- Namestite merilnik pospeška: na izbrani merilni točki odziva.
- Nastavite analizator: v načinu FFT, v frekvenčnem območju, primernem za zgradbo.
- Prečrtaj strukturo: en sam močan udarec s kladivom.
- Zapišite odgovor: posnemi izumiranje vibracij.
- Ponovi: več meritev za izračun povprečja – običajno od treh do deset – za izravnavo nihanj med posameznimi meritvami.
- Analyse: izračunana FFT prikazuje vrhove lastnih frekvenc.
Napredno testiranje
- Meritve na več merilnih točkah za določitev oblike načinov.
- Instrumentirano kladivo za kvantitativne prenosne funkcije
- Skladnost analiza za preverjanje kakovosti izmerjenih podatkov.
- Izračun funkcije frekvenčnega odziva (FRF).
4. Vloge
Resonančna identifikacija
To je najpogostejša uporaba. Preskus določi lastne frekvence konstrukcije, ki se nato primerjajo z delovnimi frekvencami stroja — 1×, 2×, blade passingin tako naprej – da bi ugotovili, ali je za visoke vibracije kriva resonanca, ter da bi oblikovali strategijo za prilagoditev. Prav tako je naravni protipol zagon ali obalno spuščanje preskus, ki pokaže enake resonance, medtem ko naprava spreminja hitrost.
Strukturna diagnoza
- Ugotovite, katere komponente so šibke ali preveč prožne.
- Poiščite ohlapno ali poškodovane strukture, ki povzročajo premik ali razcep predvidenih vrhov.
- Preverite temelj ali pritrditev togost.
- Prikažite primerjavo stanja pred in po, da potrdite strukturno spremembo.
Modalno testiranje
- Hkrati določite lastne frekvence, oblike nihanja in dušenje.
- Preverite skladnost modelov končnih elementov z dejanskimi meritvami.
- Optimizirajte konstrukcijski projekt.
5. Interpretacija
Prepoznavanje naravnih frekvenc
- Vrhovi v spektru odziva na udarec so lastne frekvence.
- Ostre konice kažejo na slabo dušenje – in s tem na morebitno težavo z resonanco.
- Široki vrhovi kažejo na visoko dušenje, pri čemer je resonanca manj pomembna.
- Več vrhov pomeni, da je prisotnih več modov.
Ocenjevanje tveganja resonance
- Če se lastna frekvenca ujema z delovno frekvenco v okviru približno ±20 %, obstaja nevarnost nastanka resonance.
- Če sta dovolj oddaljena drug od drugega – za več kot približno 30 % –, je stanje na splošno varno.
- Višina vrha kaže, kakšno ojačanje lahko pričakujemo.
Ocena dušenja
- Izmerite širino vrha na polovici njegove največje višine.
- Calculate the damping ratio iz te pasovne širine (metoda polovične moči).
- Druga možnost je, da ga izpeljemo iz hitrosti upadanja zvoka v časovnem prostoru.
6. Prednosti in omejitve
Prednost preskusa delovanja je v njegovi izjemni praktičnosti, vendar pa ima tudi svoje slabosti, ki jih mora analitik upoštevati.
Prednosti
- Preprostost: minimalna oprema, namestitev v nekaj minutah, za vzbujanje ni potrebna električna energija, izvedba pa je mogoča skoraj kjerkoli in kadarkoli.
- Širokopasovno vzbujanje: en sam udar vzbudi širok frekvenčni razpon naenkrat, tako da se vsi načini zaznavajo v enem samem preskusu – kar je precej hitreje kot pri metodah s prehodom sinusne krivulje.
- Praktičnost v praksi: ni treba prevažati večjih naprav, deluje na že nameščenih strojih in je dovolj hiter za rutinsko delo troubleshooting.
Omejitve
- Ponovljivost: sila udarca se med posameznimi udarci razlikuje; pomaga izračun povprečja več udarcev, merilni kladivo pa zagotavlja enakomerno in natančno izmerjeno silo.
- Spekter sile: Obseg vpliva je odvisen od mase kladiva in trdote njegovega konca – mehak konec prenaša več energije v nizke frekvence, trd konec pa v visoke frekvence –, zato eno samo kladivo morda ne bo enako vzbudilo vseh frekvenc.
- Nizke vrednosti sile: preskus ne more posnemati delovnih pogojev z visokimi silami, zato se od obremenitve odvisne nelinearnosti morda ne bodo pojavile, zaradi česar preskus ni primeren za preskušanje odziva na visoki ravni.
7. Preizkušanje z udarcem pri praktičnem delu z rotorji
Preizkus delovanja in rotor uravnoteženje sta na tem področju tesno povezana, saj bo struktura, ki resonira blizu delovne hitrosti, prikazovala – ali močno pretiravala – navidezno neravnovesje. Preden se inženir loti popravkov, mora preveriti, ali nosilna konstrukcija ni v resonanci; sicer bo faza in odčitki amplitude, ki se uporabljajo za uravnoteženje, bodo v bližini tega kritičnega območja izkrivljeni. Prenosni dvo-kanalni merilni instrument, kot je Balanset-1A izmeri amplitudo in fazo 1×, potrebni za uravnoteženje v eni in dveh ravninah, isti merilniki pospeška pa lahko zajamejo izklopni odziv pri preskusu z udarcem, da se preveri, ali lastna frekvenca podstavka ali osnovne plošče ne sovpada z delovno hitrostjo. Skratka, preskus z udarcem je preprost, a učinkovit način za kartiranje lastnih frekvenc in resonanc konstrukcije, pri čemer sta potrebna le kladivo in analizator – to je nepogrešljivo orodje za odpravljanje napak pri diagnosticiranju resonance, potrjevanju sprememb in izvajanju hitrih modalnih pregledov brez specializirane preskusne opreme.
