Hiểu về hàm đáp ứng tần số (FRF)

1. Định nghĩa: Hàm đáp ứng tần số là gì?

The Chức năng đáp ứng tần số (FRF) là một thước đo mô tả cách một cấu trúc, thành phần hoặc hệ thống phản ứng với lực kích thích tác động, theo hàm số của tần số. Nói một cách đơn giản hơn, FRF cho bạn biết hệ thống sẽ rung động bao nhiêu ở mỗi tần số khi bạn "tác động" vào nó bằng một lực đã biết.

FRF là một khái niệm cơ bản trong động lực học kết cấu, phân tích mô hìnhvà phát hiện cộng hưởng. Về cơ bản, đây là một hàm truyền liên quan đến phản ứng đầu ra được đo (thường là gia tốc) thành lực đầu vào được đo.

FRF = Phản ứng đầu ra / Lực đầu vào

Cả đầu ra và đầu vào đều là các hàm của tần số và bản thân FRF là một hàm phức tạp, nghĩa là nó chứa cả biên độ và giai đoạn thông tin.

2. FRF được đo như thế nào?

FRF thường được đo bằng một kỹ thuật gọi là "kiểm tra tác động" hoặc kiểm tra va chạm:

1. MỘT máy đo gia tốc được gắn trên cấu trúc tại điểm cần đo phản ứng.
2. Cấu trúc được đánh vào một điểm cụ thể bằng một vật liệu đặc biệt búa có dụng cụ. Búa này có cảm biến lực (cảm biến lực) được tích hợp vào đầu búa, có chức năng đo lực tác động đầu vào.
3. Một kênh đa kênh máy phân tích rung động đồng thời ghi lại cả tín hiệu đầu vào từ búa và tín hiệu đầu ra từ máy đo gia tốc.
4. Sau đó, máy phân tích thực hiện một FFT trên cả hai tín hiệu và tính toán tỷ lệ giữa đầu ra và đầu vào tại mỗi đường tần số. Kết quả là FRF.

Quá trình này được lặp lại với nhiều tác động, sau đó được tính trung bình để tạo ra phép đo FRF rõ ràng và đáng tin cậy.

3. Diễn giải biểu đồ FRF

FRF thường được hiển thị dưới dạng hai biểu đồ:

• Biểu đồ độ lớn: Biểu đồ này cho thấy biên độ của FRF so với tần số. Biểu đồ sẽ có các đỉnh riêng biệt và tần số của mỗi đỉnh tương ứng với một tần số tự nhiên (hoặc tần số cộng hưởng) của cấu trúc. Chiều cao của đỉnh là một chỉ báo về lượng khuếch đại và mức độ giảm chấn tại sự cộng hưởng đó.
• Biểu đồ pha: Điều này cho thấy sự dịch pha giữa đáp ứng và lực đầu vào so với tần số. Khi tần số đi qua cộng hưởng, biểu đồ pha sẽ cho thấy sự dịch pha đặc trưng 180 độ. Sự dịch pha này là một xác nhận chắc chắn về tần số riêng.

4. Ứng dụng trong chẩn đoán rung động

FRF là một công cụ không thể thiếu để chẩn đoán và giải quyết sự cộng hưởng các vấn đề về máy móc và kết cấu:

• Xác định tần số tự nhiên: Công dụng chính là xác định chính xác tần số tự nhiên của máy, đế máy, đường ống kết nối hoặc cấu trúc hỗ trợ xung quanh.
• Xác nhận cộng hưởng: Nếu một máy móc có độ rung cao ở một tần số cụ thể trong quá trình vận hành, phép đo FRF có thể xác nhận xem tần số vận hành đó có trùng với tần số tự nhiên của cấu trúc hay không. Nếu đỉnh trong phổ vận hành trùng với đỉnh trong FRF, thì cộng hưởng được xác nhận là nguyên nhân gốc rễ của độ rung cao.
• Phân tích mô hình: Bằng cách thực hiện các phép đo FRF tại nhiều điểm khác nhau trên một cấu trúc, có thể xây dựng được một mô hình máy tính đầy đủ về các chế độ rung động của nó (các "Hình dạng Độ lệch Vận hành" của nó tại thời điểm cộng hưởng). Mô hình này có thể được sử dụng để thiết kế các sửa đổi cấu trúc hiệu quả.
• Sửa đổi cấu trúc (Phân tích “Nếu như”): Khi cộng hưởng được xác nhận, mô hình mô hình có thể được sử dụng để mô phỏng tác động của các giải pháp sửa chữa tiềm năng (như thêm bộ phận gia cố hoặc khối lượng) trước khi thực hiện bất kỳ thay đổi vật lý nào, đảm bảo giải pháp được đề xuất sẽ có hiệu quả.

← Quay lại Mục lục chính