Модальный анализ - это исследование динамических свойств систем в частотной области . Примеры могут включать измерение вибрации кузова автомобиля, когда он прикреплен к шейкеру , или картину шума в комнате при возбуждении громкоговорителем.
Современные экспериментальные системы модального анализа состоят из 1) датчиков, таких как преобразователи (обычно акселерометры , тензодатчики ) или бесконтактных с помощью лазерного виброметра или стереофотограмметрических камер 2) системы сбора данных и аналого-цифрового преобразователя ( для оцифровки аналоговых сигналов приборов) и 3) главный компьютер ( персональный компьютер ) для просмотра данных и их анализа.
Классически это было сделано с использованием подхода SIMO (один вход, несколько выходов), то есть одна точка возбуждения, а затем реакция измеряется во многих других точках. В прошлом исследование молота с использованием фиксированного акселерометра и ровничного молота в качестве возбуждения давало анализ MISO (несколько входов, один выход), который математически идентичен SIMO из-за принципа взаимности . В последние годы MIMO (с несколькими входами и несколькими выходами) стал более практичным, когда анализ частичной когерентности определяет, какая часть отклика исходит от какого источника возбуждения. Использование нескольких встряхивателей приводит к равномерному распределению энергии по всей конструкции и лучшей согласованности измерений. Один шейкер не может эффективно возбуждать все режимы конструкции.[1]
Типичные сигналы возбуждения можно классифицировать как импульсные , широкополосные , со свип- синусом , щебетание и, возможно, другие. У каждого есть свои преимущества и недостатки.
Анализ сигналов обычно основан на анализе Фурье . Результирующая передаточная функция покажет один или несколько резонансов , характеристическую массу , частоту и коэффициент демпфирования которых можно оценить на основе измерений.
Анимированное отображение формы колебаний очень полезно для инженеров по NVH (шум, вибрация и резкость) .
Результаты также можно использовать для корреляции с решениями для нормального режима анализа методом конечных элементов .
Структуры [ править ]
В структурной инженерии модальный анализ использует общую массу и жесткость конструкции, чтобы найти различные периоды, в которые она будет естественным образом резонировать. Эти периоды вибрации очень важно учитывать при проектировании землетрясений , поскольку абсолютно необходимо, чтобы собственная частота здания не соответствовала частоте ожидаемых землетрясений в регионе, в котором здание должно быть построено. Если собственная частота конструкции соответствует частоте землетрясения [ необходима цитата ] , конструкция может продолжать резонироватьи испытывают структурные повреждения. Модальный анализ также важен для таких конструкций, как мосты, где инженер должен стараться удерживать собственные частоты подальше от частот людей, идущих по мосту. Это может быть невозможно, и по этой причине, когда группы людей должны идти по мосту, например группа солдат, рекомендуется прерывать шаг, чтобы избежать возможных значительных частот возбуждения. Могут существовать и другие частоты собственного возбуждения, которые могут возбуждать собственные моды моста. Инженеры склонны извлекать уроки из таких примеров (по крайней мере, в краткосрочной перспективе), а более современные подвесные мосты учитывают потенциальное влияние ветра через форму палубы,которые могут быть спроектированы с точки зрения аэродинамики так, чтобы опускать палубу к опоре конструкции, а не позволять ей подниматься. Другие проблемы аэродинамической нагрузки решаются путем минимизации площади конструкции, проецируемой на встречный ветер, и уменьшения создаваемых ветром колебаний, например, подвесов в подвесных мостах.
Хотя модальный анализ обычно выполняется с помощью компьютеров , можно вручную рассчитать период вибрации любого высотного здания, идеализировав его как консоль с фиксированным концом и сосредоточенными массами.
Электродинамика [ править ]
Основная идея модального анализа в электродинамике такая же, как и в механике. Приложение состоит в том, чтобы определить, какие моды электромагнитных волн могут стоять или распространяться в токопроводящих оболочках, таких как волноводы или резонаторы .
Суперпозиция режимов [ править ]
После того, как набор режимов был рассчитан для системы, отклик на любой частоте (в определенных границах) в ответ на множество входных сигналов во многих точках с разной временной историей может быть вычислен путем наложения результатов каждого режима. Это предполагает, что система линейна.
Взаимность [ править ]
Если отклик измеряется в точке B в направлении x (например) для возбуждения в точке A в направлении y, то передаточная функция (грубо Bx / Ay в частотной области) идентична той, которая получается, когда отклик at Ay измеряется при возбуждении на Bx. То есть Bx / Ay = Ay / Bx. Опять же, это предполагает (и является хорошим тестом) линейность. (Более того, это предполагает ограниченные типы демпфирования и ограниченные типы активной обратной связи.)
См. Также [ править ]
- Частотный анализ
- Модальный анализ с использованием МКЭ
- Modeshape
- Собственный анализ
- Структурная динамика
- Вибрация
- Модальное тестирование
- Анализ сейсмических характеристик
Ссылки [ править ]
- ^ a b "Сравнение модальных параметров, извлеченных с использованием тестов MIMO, SIMO и ударного молота на трехлопастной ветряной турбине, Experimental Mechanics Series 2014, стр 185-197 [1]
- DJ Ewins: Модальное тестирование: теория, практика и применение
- Чимин Хэ, Чжи-Фан Фу (2001). Модальный анализ , Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-5079-6 .
Внешние ссылки [ править ]
- Бесплатные таблицы Excel для оценки модальных параметров
- Модальное пространство в нашем собственном маленьком мире - учебник Питера Авитабиле
