WikiDer > Модальный анализ

Modal analysis
Дверь автомобиля прикреплена к электромагнитному шейкеру.
Фотография, показывающая испытательную установку для испытания MIMO на роторе ветряной турбины. Лопасти возбуждаются с помощью трех механических встряхивателей, а реакция измеряется с помощью 12 акселерометров, установленных на лезвие 3; на следующем этапе теста акселерометры можно переместить на лезвие 2 и 3 для измерения отклика в этих местах.[1]

Модальный анализ исследование динамических свойств систем в частотная область. Примеры включают измерение вибрации кузова автомобиля, когда он прикреплен к шейкер, или картина шума в комнате при возбуждении громкоговорителем.

Современные экспериментальные системы модального анализа состоят из 1) датчиков, таких как преобразователи (обычно акселерометры, тензодатчики) или без контакта через Лазерный виброметр, или стереофотограмметрические камеры 2) система сбора данных и интерфейс аналого-цифрового преобразователя (для оцифровать аналог измерительные сигналы) и 3) главный компьютер (персональный компьютер) для просмотра данных и их анализа.

Классически это делалось с помощью подхода SIMO (один вход, несколько выходов), то есть одна точка возбуждения, а затем реакция измеряется во многих других точках. В прошлом съемка молота с использованием фиксированного акселерометра и ровничного молота в качестве возбуждения давала анализ MISO (несколько входов, один выход), который математически идентичен SIMO из-за принципа взаимность. В последние годы MIMO (множественный вход, множественный выход) стали более практичными, где 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 импульс, широкополосный, прокатился синус, чириканье и, возможно, другие. У каждого есть свои преимущества и недостатки.

Анализ сигналов обычно основан на Анализ Фурье. Результирующий функция передачи покажет один или несколько резонансы, характеристика которой масса, частота и демпфирование можно оценить по измерениям.

Анимированное отображение формы моды очень полезно для NVH (шум, вибрация и резкость) инженеры.

Результаты также можно использовать для корреляции с анализ методом конечных элементов решения в нормальном режиме.

Структуры

В Строительная инженерия, модальный анализ использует общую массу и жесткость конструкции, чтобы найти различные периоды, в которые она будет естественным образом резонировать. Эти периоды вибрации очень важно отмечать сейсмическая инженерия, так как абсолютно необходимо, чтобы собственная частота здания не соответствовала частота ожидаемых землетрясений в районе строительства здания. Если собственная частота конструкции соответствует частоте землетрясения[нужна цитата], структура может продолжать резонировать и 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, как правило, извлекают уроки из таких примеров (по крайней мере, в краткосрочной перспективе), а более современные подвесные мосты учитывают потенциальное влияние ветра через форму палубы, которая может быть спроектирована с точки зрения аэродинамики, чтобы тянуть палубу к опоре. конструкции, а не позволять ей подниматься. Другие проблемы аэродинамической нагрузки решаются путем сведения к минимуму площади конструкции, проецируемой на встречный ветер, и уменьшения создаваемых ветром колебаний, например, подвесок в подвесных мостах.

Хотя модальный анализ обычно выполняется компьютеры, можно вручную рассчитать период вибрация любого высотного здания через идеализацию в виде консоли с фиксированным концом с сосредоточенными массами.

Электродинамика

Основная идея модального анализа в электродинамика то же, что и в механике. Приложение предназначено для определения того, какие моды электромагнитных волн могут стоять или распространяться в токопроводящих оболочках, таких как волноводы или резонаторы.

Суперпозиция мод

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

Если ответ 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. (Кроме того, это предполагает ограниченные типы демпфирования и ограниченные типы активной обратной связи.)

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б "Сравнение модальных параметров, извлеченных с использованием MIMO, SIMO и испытаний ударным молотком на трехлопастной ветряной турбине, Experimental Mechanics Series 2014, стр 185-197. [1]
  • Д. Дж. Юинс: Модальное тестирование: теория, практика и применение
  • Чимин Хэ, Чжи-Фан Фу (2001). Модальный анализ, Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-5079-6.

внешние ссылки