Модальное испытание - это форма вибрационного испытания объекта, при котором определяются собственные (модальные) частоты, модальные массы, модальные коэффициенты демпфирования и формы колебаний испытуемого объекта.
Модальный тест состоит из фазы сбора данных и фазы анализа. Полный процесс часто называют модальным анализом или экспериментальным модальным анализом.
Есть несколько способов проведения модальных испытаний, но испытание ударным молотком и испытание с помощью вибростендов - обычное дело. В обоих случаях энергия подается в систему с известным частотным составом. Там, где возникают структурные резонансы, будет усиление отклика, что четко видно на спектрах отклика. Используя спектры отклика и спектры сил, можно получить передаточную функцию . Передаточная функция (или функция частотной характеристики (FRF)) часто аппроксимируется кривой для оценки модальных параметров; однако существует множество методов оценки модальных параметров, и это предмет многочисленных исследований.
Модальное испытание ударным молотком [ править ]
Идеальным воздействием на конструкцию является идеальный импульс бесконечно малой длительности, вызывающий постоянную амплитуду в частотной области; это привело бы к возбуждению всех форм вибрации с одинаковой энергией. Испытание ударным молотком призвано повторить это; однако в действительности удар молота не может длиться бесконечно малую длительность, но имеет известное время контакта. Продолжительность времени контакта напрямую влияет на частотную составляющую силы , при этом большее время контакта приводит к меньшему диапазону ширины полосы. Датчик нагрузки прикреплен к концу молотка для регистрации силы. Испытание ударным молотком идеально подходит для небольших легких конструкций; однако по мере увеличения размера конструкции могут возникнуть проблемы из-за плохогоотношение сигнал / шум . Это обычное явление для крупных инженерных сооружений.
Модальное тестирование шейкера [ править ]
Шейкер - это устройство, которое возбуждает объект или структуру в соответствии с усиленным входным сигналом. Для модального тестирования доступны несколько входных сигналов, но профили синусоидальной развертки и вибрации со случайной частотой являются наиболее часто используемыми сигналами.
Небольшие предметы или конструкции можно прикреплять непосредственно к шейкерному столу . В некоторых типах шейкеров якорь часто прикрепляется к испытываемому корпусу с помощью рояльной проволоки (тянущая сила) или стингера (толкающая сила). Когда сигнал передается через рояль или жало, объект реагирует так же, как при испытании на удар, ослабляя некоторые и усиливая определенные частоты. Эти частоты измеряются как модальные частоты. Обычно датчик нагрузки помещается между вибростендом и конструкцией для получения силы возбуждения.
Для крупных строительных конструкций используются шейкеры гораздо большего размера, которые могут весить 100 кг и более и прилагать силу в несколько сотен ньютонов.. Распространены несколько типов встряхивателей: встряхиватели вращающейся массы, электродинамические встряхиватели и электрогидравлические встряхиватели. Для вращающихся вибростендов сила может быть рассчитана, зная массу и скорость вращения; для электродинамического вибратора сила может быть получена с помощью датчика нагрузки или акселерометра, размещенного на движущейся массе вибростенда. Шейкеры могут иметь преимущество перед ударным молотком, поскольку они могут передавать больше энергии конструкции в течение более длительного периода времени. Однако могут возникнуть и проблемы; шейкеры могут влиять на динамические свойства структуры, а также могут увеличивать сложность анализа из-за ошибок оконного управления .
Типы модального тестирования [1] [ править ]
Могут быть выполнены различные типы модального тестирования.
Экспериментальный модальный анализ (EMA) [ править ]
Тесты экспериментального модального анализа можно проводить как в полевых условиях, так и в более контролируемых лабораторных условиях. Тестирование в лаборатории имеет преимущество более высокого отношения сигнал / шум (SNR) и возможности легко изменить настройку теста. При выполнении тестирования EMA объекты возбуждаются искусственными силами, и как входные (возбуждения), так и выходные (ответные) сигналы измеряются и используются для оценки модальных моделей.
Рабочие формы отклонения (ODS) [ править ]
Рабочие формы отклонения - это простой способ выполнить динамический анализ и посмотреть, как движется машина или конструкция, в зависимости от условий эксплуатации. В испытаниях ODS не применяются искусственные силы, и измеряются только ответные вибрационные сигналы.
Модальную модель нельзя оценить на основе измерений ODS, но она обеспечивает формы отклонения конструкции, что улучшает структурный анализ рабочих DUT.
ODS успешно используется для мониторинга состояния машин и в приложениях гражданского строительства, например, на мостах, зданиях и других конструкциях, которые трудно возбудить приложенными искусственными силами.
Оперативный модальный анализ (OMA) [ править ]
Процедура тестирования и измерения для оперативного модального анализа аналогична ODS, но их аналитическая часть отличается. И ODS, и OMA не используют внешние входные силы, а основываются исключительно на измерениях глубины резкости при отклике.
ODS предоставляет основную информацию об амплитуде и фазе степеней свободы измеряемого рабочего тестируемого устройства и обеспечивает геометрическую анимацию форм отклонения.
OMA оценивает модальную модель (например, EMA) с собственными частотами, демпфированием и формами колебаний измеренного рабочего тестируемого устройства.
OMA можно использовать для оценки модальной модели в ситуациях, когда выполнить EMA сложно. Такие ситуации могут возникать, например, при мониторинге работающих DUT на предмет проблем со здоровьем, когда размер или расположение DUT делает невозможным возбуждение с помощью внешней силы или когда необходимо проанализировать рабочие структурные условия DUT.
См. Также [ править ]
- Модальный анализ
- Вибрация
- Амортизация
- Амортизатор
- Удар (механика)
- Спектр реакции на удар
- Шейкер (испытательное устройство)
Ссылки [ править ]
- ^ «Что такое модальный анализ: полное руководство | Dewesoft» . dewesoft.com . Проверено 25 марта 2021 .
