Förstå frekvensresponsfunktionen (FRF)

1. Definition: Vad är en frekvensresponsfunktion?

Den Frekvensresponsfunktion (FRF) är ett mått som beskriver hur en struktur, komponent eller system reagerar på en applicerad excitationskraft, som en funktion av frekvensen. Enklare uttryckt visar FRF hur mycket ett system kommer att vibrera vid varje frekvens när du "träffar" det med en känd kraft.

FRF är ett grundläggande koncept inom strukturdynamik, modalanalysoch resonansdetektering. Det är i huvudsak en överföringsfunktion som relaterar ett uppmätt utgående svar (vanligtvis acceleration) till en uppmätt ingångskraft.

FRF = Utgångsrespons / Ingångskraft

Både utgången och ingången är funktioner av frekvens, och FRF i sig är en komplex funktion, vilket innebär att den innehåller både amplitud och fas information.

2. Hur mäts en FRF?

En FRF mäts vanligtvis med en teknik som kallas "slagprov" eller bumptest:

1. En accelerometer är monterad på strukturen vid den punkt där responsen ska mätas.
2. Strukturen träffas på en specifik punkt med en speciell instrumenterad hammareDenna hammare har en kraftsensor (en lastcell) inbyggd i spetsen, som mäter ingångskraften från stöten.
3. En flerkanalig vibrationsanalysator registrerar samtidigt både insignalen från hammaren och utsignalen från accelerometern.
4. Analysatorn utför sedan en FFT på båda signalerna och beräknar förhållandet mellan utsignal och insignal vid varje frekvenslinje. Resultatet är FRF.

Denna process upprepas med flera stötar, vilka medelvärdesbildas för att producera en ren och tillförlitlig FRF-mätning.

3. Tolkning av ett FRF-diagram

En FRF visas vanligtvis som två diagram:

• Magnitudediagram: Detta visar amplituden för FRF kontra frekvens. Diagrammet kommer att ha distinkta toppar, och frekvensen för varje topp motsvarar en naturlig frekvens (eller resonansfrekvens) av strukturen. Toppens höjd är en indikator på mängden förstärkning och nivån av dämpning vid den resonansen.
• Fasdiagram: Detta visar fasförskjutningen mellan responsen och ingångskraften kontra frekvensen. När frekvensen passerar genom en resonans kommer fasdiagrammet att visa en karakteristisk 180-gradersförskjutning. Denna fasförskjutning är en definitiv bekräftelse på en egenfrekvens.

4. Tillämpningar inom vibrationsdiagnostik

FRF är ett oumbärligt verktyg för att diagnostisera och lösa problem resonans problem i maskiner och konstruktioner:

• Identifiera naturliga frekvenser: Den primära användningen är att exakt identifiera de naturliga frekvenserna för en maskin, dess bas, anslutna rör eller den omgivande stödstrukturen.
• Bekräftar resonans: Om en maskin uppvisar höga vibrationer vid en specifik frekvens under drift, kan en FRF-mätning bekräfta om den driftsfrekvensen sammanfaller med en strukturell egenfrekvens. Om toppen i driftsspektrumet matchar en topp i FRF, bekräftas resonans som grundorsaken till den höga vibrationen.
• Modalanalys: Genom att göra FRF-mätningar på många olika punkter på en struktur kan en fullständig datormodell av dess vibrationslägen (dess "operativa avböjningsformer" vid resonans) konstrueras. Denna modell kan användas för att utforma effektiva strukturella modifieringar.
• Strukturell modifiering (”Tänk om”-analys): När en resonans har bekräftats kan den modala modellen användas för att simulera effekten av potentiella fixeringar (som att lägga till en förstyvning eller en massa) innan några fysiska förändringar görs, vilket säkerställer att den föreslagna lösningen blir effektiv.

← Tillbaka till huvudmenyn