Modal analyse - Modal analysis
Modal analyse er studiet av de dynamiske egenskapene til systemer i frekvensdomenet . Eksempler kan være å måle vibrasjonen i bilens kropp når den er festet til en rister , eller støymønsteret i et rom når det blir begeistret av en høyttaler.
Moderne eksperimentelle modale analysesystemer er sammensatt av 1) sensorer som transdusere (vanligvis akselerometre , lastceller ) eller ikke-kontakt via et laservibrometer eller stereofotogrammetriske kameraer 2) datainnsamlingssystem og et analog-til-digital omformerfront ( å digitalisere analoge instrumenteringssignaler) og 3) verts-PC ( personlig datamaskin ) for å se dataene og analysere dem.
Klassisk ble dette gjort med en SIMO (single-input, multiple-output) tilnærming, det vil si ett eksitasjonspunkt, og deretter måles responsen på mange andre punkter. Tidligere ga en hammerundersøkelse, ved hjelp av et fast akselerometer og en roving hammer som eksitasjon, en MISO (multiple-input, single-output) analyse, som er matematisk identisk med SIMO, på grunn av gjensidighetsprinsippet . De siste årene har MIMO (multi-input, multiple-output) blitt mer praktisk, der delvis koherensanalyse identifiserer hvilken del av responsen som kommer fra hvilken eksitasjonskilde. Bruk av flere rister fører til en jevn fordeling av energien over hele strukturen og en bedre sammenheng i målingen. En enkelt rister kan ikke effektivt begeistre alle modusene i en struktur.
Typiske eksitasjonssignaler kan klassifiseres som impuls , bredbånd , feid sinus , kvitring og muligens andre. Hver har sine egne fordeler og ulemper.
Analysen av signalene er vanligvis avhengig av Fourier-analyse . Den resulterende overføringsfunksjonen vil vise en eller flere resonanser , hvis karakteristiske masse , frekvens og dempingsforhold kan estimeres ut fra målingene.
Den animerte visningen av modusformen er veldig nyttig for ingeniører fra NVH (støy, vibrasjon og hardhet) .
Resultatene kan også brukes til å korrelere med endelige elementanalyser normale modusløsninger.
Strukturer
I konstruksjonsteknikk bruker modal analyse den totale massen og stivheten til en struktur for å finne de forskjellige periodene den naturlig vil resonere med. Disse periodene med vibrasjon er veldig viktige å merke seg i jordskjelvsteknikk , da det er viktig at en bygnings naturlige frekvens ikke samsvarer med frekvensen av forventede jordskjelv i regionen der bygningen skal bygges. Hvis en strukturs naturlige frekvens samsvarer med et jordskjelvs frekvens, kan strukturen fortsette å resonere og oppleve strukturelle skader. Modal analyse er også viktig i strukturer som broer hvor ingeniøren skal forsøke å holde de naturlige frekvensene borte fra frekvensen til folk som går på broen. Dette er kanskje ikke mulig, og av disse grunner når grupper av mennesker skal gå langs en bro, for eksempel en gruppe soldater, er anbefalingen at de bryter trinnet for å unngå muligens betydelig eksitasjonsfrekvens. Andre naturlige eksitasjonsfrekvenser kan eksistere og kan begeistre en bros naturlige modus. Ingeniører har en tendens til å lære av slike eksempler (i det minste på kort sikt), og mer moderne hengebroer tar hensyn til vindens potensielle innflytelse gjennom dekkets form, som kan være utformet i aerodynamiske termer for å trekke dekket ned mot støtten. av strukturen i stedet for å la den løfte seg. Andre aerodynamiske belastningsproblemer håndteres ved å minimere arealet av strukturen som er projisert til den møtende vinden og for å redusere vindgenererte svingninger av for eksempel kleshengere i hengebroer.
Selv om modalanalyse vanligvis utføres av datamaskiner , er det mulig å håndberegne vibrasjonsperioden for ethvert høyhus gjennom idealisering som en fast utkrag med klumpede masser.
Elektrodynamikk
Grunnideen til en modal analyse i elektrodynamikk er den samme som i mekanikk. Søknaden er å bestemme hvilke elektromagnetiske bølgemoduser som kan stå eller forplante seg i ledende innhegninger som bølgeledere eller resonatorer .
Superposisjon av moduser
Når et sett med moduser er beregnet for et system, kan responsen ved en hvilken som helst frekvens (innen visse rammer) som svar på mange innganger på mange punkter med forskjellige tidshistorikker beregnes ved å overlappe resultatet fra hver modus. Dette forutsetter at systemet er lineært.
Gjensidighet
Hvis responsen måles ved punkt B i retning x (for eksempel), for en eksitasjon ved punkt A i retning y, så er overføringsfunksjonen (grovt Bx / Ay i frekvensdomenet) identisk med den som oppnås når responsen på Ay måles når den blir begeistret på Bx. Det er Bx / Ay = Ay / Bx. Igjen forutsetter dette (og er en god test for) linearitet. (Videre forutsetter dette begrensede typer demping og begrensede typer aktiv tilbakemelding.)
Se også
- Frekvensanalyse
- Modal analyse ved bruk av FEM
- Modeform
- Eigenanalyse
- Strukturell dynamikk
- Vibrasjon
- Modal testing
- Seismisk ytelsesanalyse
Referanser
- DJ Ewins: Modal Testing: Theory, Practice and Application
- Jimin He, Zhi-Fang Fu (2001). Modal Analyse , Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-5079-6 .