Разумевање модалне анализе

Дефиниција: Шта је модална анализа?

Модална анализа је процес проучавања и карактеризације инхерентних динамичких својстава структуре или механичког система. Ова својства - посебно њена природне фреквенције, коефицијенти пригушењаи облици режима—познати су као „модални параметри“ система. Модална анализа одређује јединствене начине на које ће структура природно тежити да вибрира ако је побуђена. Ове информације су фундаменталне за пројектовање структура које могу да издрже динамичке силе, као и за решавање проблема и решавање сложених проблема са вибрацијама.

Циљ: Идентификација модалних параметара

Свака структура има јединствени скуп модалних параметара који су одређени њеним физичким својствима (маса, крутост и пригушење). Циљ модалне анализе је да се идентификују ови:

• Природне фреквенције (или резонантне фреквенције): То су специфичне фреквенције на којима ће структура вибрирати са највећом амплитудом када је побуђена. Постоји више природних фреквенција за било коју дату структуру.
• Коефицијенти пригушења: Овај параметар квантификује колико брзо ће се вибрације структуре смањити. То је мера дисипације енергије унутар структуре.
• Облици режима: Облик мода је специфичан образац деформације или отклона који структура пролази када вибрира на једној од својих природних фреквенција. Свака природна фреквенција има јединствени одговарајући облик мода.

Идентификовањем ових параметара, инжењери могу у потпуности разумети и предвидети како ће структура реаговати на било које динамичко оптерећење са којим се може сусрести током рада.

Врсте модалне анализе

Постоје два основна приступа за одређивање модалних параметара структуре:

1. Експериментална модална анализа (ЕМА)

ЕМА, такође познат као „тест ударања“, подразумева мерење одговора структуре на познату, контролисану улазну силу. То је најчешћа метода за тестирање хардвера у стварном свету. Процес укључује:

1. Побуђивање структуре измереном силом, обично из инструментални ударни чекић (који има сензор силе на врху) или електродинамички мућкач.
2. Мерење вибрационог одзива на једној или више локација на структури помоћу акцелерометара.
3. Израчунавање Функција фреквентног одзива (FRF) за сваку тачку мерења, што је однос излазне вибрације и улазне силе.
4. Коришћење специјализованог софтвера за анализу скупа FRF-ова ради издвајања природних фреквенција, пригушења и облика модова. Софтвер затим може анимирати облике модова како би визуализовао како се структура деформише на свакој природној фреквенцији.

2. Оперативна модална анализа (ОМА)

ОМА се користи када је непрактично или немогуће применити контролисану улазну силу или када је важно разумети понашање структуре у стварним радним условима. У ОМА, мери се само излазни одзив структуре (коришћењем акцелерометара) док је побуђена својим нормалним оперативним или амбијенталним силама (нпр. ветар на мосту, улази са пута на аутомобилу или оперативне силе у машини у покрету). Напредни алгоритми се затим користе за издвајање модалних параметара из података само о одзиву. Ово је сложенији, али понекад неопходан приступ.

3. Аналитичка модална анализа (FEA)

Ово је чисто теоријски приступ који користи рачунарске моделе, најчешће Анализа коначних елемената (FEA)Инжењери креирају виртуелни модел структуре, а софтвер израчунава предвиђене модалне параметре. ЕМА се често изводи како би се потврдила и усавршила тачност ових FEA модела.

Примене модалне анализе

• Решавање проблема са резонанцом: Његова најчешћа примена. Ако машина има високе вибрације, модална анализа може утврдити да ли се структурна природна фреквенција побуђује радном силом.
• Валидација дизајна: Инжењери га користе да потврде да природне фреквенције новог производа нису близу било којих познатих фреквенција побуђивања (нпр. обртаји мотора, фреквенција проласка лопатица).
• Структурна модификација: Ако се пронађе проблем са резонанцом, модални модел се може користити за извођење „шта ако“ анализа како би се одредио најефикаснији начин за његово решавање (нпр. „Где треба да додам укрућивач да бих померио ову природну фреквенцију више?“).
• Праћење здравља конструкција: Промене модалних параметара структуре током времена могу указивати на присуство оштећења, као што је пукотина.

← Назад на главни индекс