Modální analýza - Modal analysis

Dveře auta připevněné k elektromagnetické třepačce.
Fotografie zobrazující zkušební nastavení testu MIMO na rotoru větrné turbíny. Čepele jsou buzeny pomocí tří mechanických třepaček a odezva se měří pomocí 12 akcelerometrů namontovaných na čepeli 3; v další fázi testu lze akcelerometry přesunout na Blade 2 a 3 a měřit tak odezvu na těchto místech.

Modální analýza je studium dynamických vlastností systémů ve frekvenční oblasti . Jako příklady lze uvést měření vibrací těla automobilu, když je připevněno k třepačce , nebo vzor hluku v místnosti, když je buzen reproduktorem.

Moderní systémy experimentální modální analýzy se skládají z 1) snímačů, jako jsou snímače (typicky akcelerometry , snímače zatížení ) nebo bezdotykové měření pomocí laserového vibrometru nebo stereofotogrammetrických kamer 2) systému sběru dat a předního konce analogově-digitálního převodníku ( k digitalizaci analogových přístrojových signálů) a 3) hostitelský počítač ( osobní počítač ) k prohlížení dat a jejich analýze.

Klasicky se to dělo s přístupem SIMO (single-input, multiple-output), tj. Jeden excitační bod, a poté se měří odezva v mnoha dalších bodech. V minulosti průzkum kladivem s použitím pevného akcelerometru a pohyblivého kladiva jako excitace poskytl analýzu MISO (více vstupů, jeden výstup), která je matematicky identická se SIMO, kvůli principu vzájemnosti . V posledních letech se stalo praktičtějším MIMO (multi-input, multiple-output), kde analýza částečné koherence identifikuje, která část odezvy pochází ze kterého zdroje buzení. Použití více třepaček vede k rovnoměrnému rozložení energie po celé struktuře a lepší koherenci při měření. Jediný třepač nemusí účinně vzrušovat všechny režimy struktury.

Typické excitační signály lze klasifikovat jako impulzní , širokopásmové , rozmítané sinusové , cvrlikající a případně další. Každý z nich má své vlastní výhody a nevýhody.

Analýza signálů se obvykle opírá o Fourierovu analýzu . Výsledná přenosová funkce ukáže jednu nebo více rezonancí , jejichž charakteristickou hmotnost , frekvenci a poměr tlumení lze odhadnout z měření.

Animované zobrazení tvaru režimu je velmi užitečné pro inženýry NVH (hluk, vibrace a drsnost) .

Výsledky lze také použít ke korelaci s řešeními v normálním režimu analýzy konečných prvků .

Struktury

Ve stavebním inženýrství využívá modální analýza celkovou hmotnost a tuhost konstrukce k nalezení různých období, ve kterých bude přirozeně rezonovat. Tato období vibrací je velmi důležité zaznamenat při zemětřesení , protože je nezbytně nutné, aby přirozená frekvence budovy neodpovídala frekvenci očekávaných zemětřesení v oblasti, ve které má být budova postavena. Pokud přirozená frekvence struktury odpovídá frekvenci zemětřesení, může struktura i nadále rezonovat a může dojít k poškození struktury. Modální analýza je také důležitá ve strukturách, jako jsou mosty, kde by se inženýr měl snažit udržet přirozené frekvence od frekvencí lidí, kteří jdou po mostě. To nemusí být možné a z tohoto důvodu, když mají skupiny lidí kráčet po mostě, například skupina vojáků, se doporučuje, aby prolomily svůj krok, aby se vyhnuly možným významným frekvencím buzení. Mohou existovat i jiné přirozené budicí frekvence a mohou vzrušovat přirozené režimy můstku. Inženýři se z takových příkladů (alespoň z krátkodobého hlediska) obvykle poučí a modernější závěsné mosty berou v úvahu potenciální vliv větru prostřednictvím tvaru paluby, který by mohl být aerodynamicky navržen tak, aby strhl palubu dolů o oporu spíše než aby se mohla zvednout. Další problémy s aerodynamickým zatížením jsou řešeny minimalizací plochy konstrukce promítnuté na protijedoucí vítr a snížením kmitání generovaného větrem, například závěsů v závěsných mostech.

Ačkoli se modální analýza obvykle provádí pomocí počítačů , je možné ručně vypočítat dobu vibrací jakékoli výškové budovy prostřednictvím idealizace jako konzolový nosník s pevnými konci se soustředěnými hmotami.

Elektrodynamika

Základní myšlenka modální analýzy v elektrodynamice je stejná jako v mechanice. Aplikace má určit, které režimy elektromagnetických vln mohou stát nebo se šířit ve vodivých krytech, jako jsou vlnovody nebo rezonátory .

Superpozice režimů

Jakmile je pro systém vypočítána sada režimů, lze odezvu na libovolné frekvenci (v určitých mezích) v reakci na mnoho vstupů v mnoha bodech s různou časovou historií vypočítat superpozicí výsledku z každého režimu. To předpokládá, že systém je lineární.

Vzájemnost

Pokud se odezva měří například v bodě B ve směru x, pro buzení v bodě A ve směru y, pak je přenosová funkce (hrubě Bx / Ay ve frekvenční doméně) stejná jako ta, která se získá, když se odezva na Ay se měří při vzrušení na Bx. To je Bx / Ay = Ay / Bx. To opět předpokládá (a je dobrým testem) linearitu. (Dále to předpokládá omezené typy tlumení a omezené typy aktivní zpětné vazby.)

Viz také

Reference

  • DJ Ewins: Modální testování: teorie, praxe a aplikace
  • Jimin He, Zhi-Fang Fu (2001). Modální analýza , Butterworth-Heinemann. ISBN   0-7506-5079-6 .

externí odkazy