ทำความเข้าใจเกี่ยวกับการทดสอบแรงกระแทก
คำจำกัดความ: การทดสอบแรงกระแทกคืออะไร?
การทดสอบแรงกระแทก (เรียกอีกอย่างว่าการทดสอบแรงกระตุ้นหรือการวิเคราะห์โมดัลผลกระทบ) คือ การทดสอบโหมด เทคนิคการใช้ค้อนกระแทกแบบมีเครื่องมือเพื่อส่งแรงกระตุ้นแบนด์วิดท์กว้างไปยังโครงสร้างขณะวัดผลลัพธ์ การสั่นสะเทือน ตอบกลับด้วย accelerometers. เทคนิคการคำนวณ ฟังก์ชันการตอบสนองความถี่ (FRFs) แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างตอบสนองอย่างไรในแต่ละความถี่ เปิดเผย ความถี่ธรรมชาติ, โหมดรูปร่าง, และ การลดแรงสั่นสะเทือน อัตราส่วนที่จำเป็นต่อการทำความเข้าใจพฤติกรรมไดนามิกและการวินิจฉัยปัญหาการสั่นพ้อง.
การทดสอบแรงกระแทกเป็นทางเลือกภาคปฏิบัติแทนการทดสอบแบบเขย่าโมดัล โดยให้ข้อมูลที่คล้ายคลึงกันโดยไม่ต้องใช้เครื่องเขย่าแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีน้ำหนักมากและราคาแพง และอุปกรณ์ติดตั้งที่ซับซ้อน การทดสอบแรงกระแทกนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการแก้ไขปัญหาเรโซแนนซ์ การตรวจสอบความถูกต้องของการปรับเปลี่ยนโครงสร้าง และการหาความสัมพันธ์ของแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ในเครื่องจักรและการประยุกต์ใช้พลศาสตร์เชิงโครงสร้าง.
อุปกรณ์
ค้อนกระแทกแบบมีเครื่องมือ
- ตัวแปลงแรง: เซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกในหัวค้อนวัดแรงกระแทก
- มวลค้อน: 0.1-5 กก. ขึ้นอยู่กับขนาดโครงสร้างและช่วงความถี่
- เคล็ดลับที่ใช้แทนกันได้: แข็ง (เหล็ก), ปานกลาง (พลาสติก), อ่อน (ยาง)
- Output: สัญญาณแรงที่ซิงโครไนซ์กับการวัดการตอบสนอง
- ต้นทุนโดยทั่วไป: $500-3000
เซ็นเซอร์ตอบสนอง
- เครื่องวัดความเร่งที่จุดที่น่าสนใจ
- เครื่องวัดความเร่งเคลื่อนที่ตัวเดียวหรือเซ็นเซอร์คงที่หลายตัว
- ช่วงความถี่ที่ดีตรงตามข้อกำหนดการทดสอบ
การรวบรวมข้อมูล
- ขั้นต่ำสองช่องทาง (แรงและการตอบสนอง)
- การสุ่มตัวอย่างพร้อมกันเป็นสิ่งสำคัญ
- เครื่องวิเคราะห์ FFT หรือซอฟต์แวร์วิเคราะห์โหมด
- ฟังก์ชันการถ่ายโอนและการคำนวณความสอดคล้อง
ขั้นตอนการทดสอบ
FRF จุดเดียว
- เครื่องวัดความเร่งบนภูเขา: ณ สถานที่ตอบสนอง
- เลือกหัวค้อน: ตรงกับโครงสร้างและช่วงความถี่
- โครงสร้างการโจมตี: แรงกระแทกที่แน่นและรวดเร็ว ณ จุดกระตุ้น
- บันทึกข้อมูล: สัญญาณแรงและการตอบสนอง
- คำนวณ FRF: H(f) = การตอบสนอง(f) / แรง(f)
- เฉลี่ย: ทำซ้ำ 3-10 ครั้ง FRF เฉลี่ย
- ตรวจสอบความสอดคล้อง: ตรวจสอบคุณภาพข้อมูล (ความสอดคล้อง > 0.9)
การทดสอบหลายจุด
- ค้อนเคลื่อนที่: แรงกระแทกหลายจุด เครื่องวัดความเร่งคงที่
- เครื่องวัดความเร่งเคลื่อนที่: จุดคงที่ของการกระแทก เคลื่อนที่เครื่องวัดความเร่ง
- ผลลัพธ์: FRF จากหลายตำแหน่งเผยให้เห็นรูปร่างโหมด
- การทดสอบกริด: ตารางจุดแบบเป็นระบบเพื่อการสำรวจโครงสร้างที่สมบูรณ์
การเลือกหัวค้อน
ผลกระทบต่อเนื้อหาความถี่
- ปลายแข็ง (เหล็ก): ระยะเวลาการกระแทกสั้น ปริมาณความถี่สูง เหมาะสำหรับโครงสร้างแข็งและความถี่สูง (ถึง 10+ kHz)
- ปลายขนาดกลาง (ไนลอน/เดลริน): ระยะเวลาปานกลาง สเปกตรัมสมดุล วัตถุประสงค์ทั่วไป (ถึง 2-5 kHz)
- ปลายนิ่ม (ยาง): ระยะเวลายาวนาน เน้นความถี่ต่ำ โครงสร้างขนาดใหญ่/ยืดหยุ่น (ถึง 500-1000 เฮิรตซ์)
โครงสร้างการจับคู่
- โครงสร้างแสง: ค้อนเล็ก ปลายอ่อน (หลีกเลี่ยงความเสียหาย เสียงดัง)
- โครงสร้างหนัก: ค้อนใหญ่ ปลายแข็ง (กระตุ้นเพียงพอ)
- กฎหลัก: โครงสร้างควรตอบสนองแต่ไม่มากเกินไป (โดยทั่วไปอัตราเร่งสูงสุด 1-10g)
คุณภาพข้อมูล
เทคนิคการกระแทกที่ดี
- แรงกระแทกที่รวดเร็วและชัดเจน (ไม่มีการตีสองครั้ง)
- ค้อนดึงออกทันที (ไม่สัมผัส)
- ตีตั้งฉากกับพื้นผิว
- ตำแหน่งการโจมตีที่สม่ำเสมอ
- ระดับแรงที่เหมาะสม
การตรวจสอบความสอดคล้อง
- ฟังก์ชันการเชื่อมโยงแสดงคุณภาพการวัด
- ความสอดคล้องใกล้ 1.0 (> 0.9) = ข้อมูลดี
- ความสอดคล้องต่ำ = ผลกระทบต่ำ สัญญาณรบกวน ความไม่เชิงเส้น
- ปฏิเสธผลกระทบที่ไม่ดี ทำซ้ำการทดสอบ
ผลลัพธ์และการตีความ
ฟังก์ชันการตอบสนองความถี่
- กราฟขนาดแสดงการขยายเทียบกับความถี่
- จุดสูงสุด = ความถี่ธรรมชาติ/การสั่นพ้อง
- ความสูงของจุดสูงสุด = ปัจจัยการขยาย (ผกผันของการหน่วง)
- เฟส กราฟแสดงการเลื่อน 180° ผ่านการสั่นพ้อง
การระบุความถี่ธรรมชาติ
- รายชื่อจุดสูงสุดทั้งหมดจาก FRF
- โหมดแรกโดยทั่วไปจะมีความถี่สูงสุดต่ำสุด
- โหมดที่สูงขึ้นที่ความถี่ที่สูงขึ้น
- เปรียบเทียบกับความถี่ในการทำงานเพื่อตรวจสอบสัญญาณรบกวน
การกำหนดรูปร่างโหมด
- จากการทดสอบหลายจุด
- แอมพลิจูดการตอบสนองสัมพันธ์กันที่เรโซแนนซ์กำหนดรูปแบบการเบี่ยงเบน
- แอนิเมชันสามารถทำได้ด้วยซอฟต์แวร์
- ระบุโหนดและแอนติโหนด
การประยุกต์ใช้ในการแก้ไขปัญหาเครื่องจักร
การตรวจสอบการสั่นพ้องของเฟรม
- มอเตอร์กระแทกหรือโครงพัดลม
- ระบุความถี่ธรรมชาติของเฟรม
- เมื่อเทียบกับการผ่านใบมีด ความถี่แม่เหล็กไฟฟ้าของมอเตอร์
- หากพบการจับคู่ → การสั่นพ้องเป็นปัญหา
การทดสอบฐานราก
- ฐานรองรับแรงกระแทกหรือฐานราก
- กำหนดความถี่ธรรมชาติของรากฐาน
- ตรวจสอบความแข็งและการแยกความถี่ที่เหมาะสม
การเปรียบเทียบก่อน/หลัง
- ทดสอบก่อนปรับเปลี่ยนโครงสร้าง
- การทดสอบหลัง (การแข็งตัว การหน่วง การเปลี่ยนแปลงมวล)
- ตรวจสอบการปรับเปลี่ยนให้ได้ผลตามต้องการ
- การปรับปรุงเชิงปริมาณ
การทดสอบแรงกระแทกเป็นเทคนิคการวิเคราะห์โมดัลที่ใช้งานได้จริงและคุ้มค่า ซึ่งผู้เชี่ยวชาญด้านการสั่นสะเทือนภาคสนามสามารถเข้าถึงได้ การทดสอบแรงกระแทกใช้เพียงเครื่องวิเคราะห์การสั่นสะเทือนและค้อนที่มีอุปกรณ์ติดตั้ง ซึ่งสามารถระบุการสั่นพ้องของโครงสร้าง ตรวจสอบความถูกต้องของการปรับเปลี่ยน และให้ลักษณะเฉพาะแบบไดนามิกที่จำเป็นต่อการแก้ปัญหาการสั่นพ้องและเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบโครงสร้างในเครื่องจักรและการใช้งานโครงสร้าง.