Testowanie modalne

Kluczowe komponenty do przeprowadzania eksperymentalnej analizy modalnej.

Badanie modalne jest formą badania drgań obiektu, w ramach której określane są częstotliwości własne (modalne), masy modalne, współczynniki tłumienia modalnego oraz kształty drgań badanego obiektu.

Test modalny składa się z fazy akwizycji i fazy analizy. Cały proces jest często nazywany analizą modalną lub eksperymentalną analizą modalną.

Istnieje kilka sposobów przeprowadzania testów modalnych, ale powszechne są testy udarowe i wstrząsowe (tester wibracji). W obu przypadkach do układu dostarczana jest energia o znanej częstotliwości. Tam, gdzie występują rezonanse strukturalne, nastąpi wzmocnienie odpowiedzi, wyraźnie widoczne w widmach odpowiedzi. Wykorzystując widma odpowiedzi i widma sił, można uzyskać funkcję przenoszenia . Funkcja przenoszenia (lub funkcja odpowiedzi częstotliwościowej (FRF)) jest często dopasowana do krzywej w celu oszacowania parametrów modalnych; istnieje jednak wiele metod modalnych estymacji parametrów i jest przedmiotem wielu badań.

Testy modalne młota udarowego

Model młotka z wymiennymi końcówkami.

Idealnym uderzeniem w konstrukcję jest idealny impuls, który ma nieskończenie mały czas trwania, powodując stałą amplitudę w dziedzinie częstotliwości; spowodowałoby to wzbudzenie wszystkich rodzajów wibracji z jednakową energią. Test młota udarowego ma na celu powtórzenie tego; jednak w rzeczywistości uderzenie młotkiem nie może trwać nieskończenie krótko, ale ma znany czas kontaktu. Czas trwania kontaktu bezpośrednio wpływa na zawartość częstotliwości siły , przy czym większy czas kontaktu powoduje mniejszy zakres szerokości pasma. Ogniwo obciążeniowe jest przymocowany do końca młotka, aby rejestrować siłę. Testy udarowe są idealne dla małych, lekkich konstrukcji; jednak wraz ze wzrostem rozmiaru struktury mogą wystąpić problemy z powodu złego stosunku sygnału do szumu . Jest to powszechne w przypadku dużych inżynierskich .

Testy modalne Shakera

Wytrząsarka to urządzenie, które pobudza obiekt lub strukturę zgodnie ze wzmocnionym sygnałem wejściowym. Dostępnych jest kilka sygnałów wejściowych do testowania modalnego, ale zdecydowanie najczęściej używanymi sygnałami są przemiatanie sinusoidalne i profile drgań o przypadkowej częstotliwości.

Małe przedmioty lub konstrukcje można przymocować bezpośrednio do stołu wytrząsarki . W przypadku niektórych typów wytrząsarek szkielet jest często mocowany do testowanego ciała za pomocą drutu fortepianowego (siła ciągnąca) lub żądła (siła pchająca). Kiedy sygnał jest przesyłany przez drut fortepianowy lub żądło, obiekt reaguje w taki sam sposób, jak w przypadku testu uderzeniowego, tłumiąc niektóre i wzmacniając niektóre częstotliwości. Częstotliwości te są mierzone jako częstotliwości modalne. Zwykle między wytrząsarką a konstrukcją umieszcza się ogniwo obciążnikowe w celu uzyskania siły wzbudzenia.

W przypadku dużych konstrukcji inżynierskich stosuje się znacznie większe wstrząsarki, które mogą ważyć 100 kg i więcej oraz wywierać siłę wielu setek niutonów . Powszechnych jest kilka typów wytrząsarek: wytrząsarki z wirującą masą, wytrząsarki elektrodynamiczne i wytrząsarki elektrohydrauliczne. W przypadku obrotowych wytrząsarek masowych siłę można obliczyć znając masę i prędkość obrotową; w przypadku wytrząsarki elektrodynamicznej siłę można uzyskać za pomocą ogniwa obciążnikowego lub akcelerometru umieszczonego na poruszającej się masie wytrząsarki. Wytrząsarki mogą mieć przewagę nad młotem udarowym, ponieważ mogą dostarczać więcej energii do konstrukcji przez dłuższy czas. Jednak można również wprowadzić problemy; wytrząsarki mogą wpływać na właściwości dynamiczne struktury, a także mogą zwiększać złożoność analizy ze względu na okienkowanie błędy.

Zobacz też