Modal analiz - Modal analysis

Otomobilin kapısı elektromanyetik bir çalkalayıcıya bağlı.
Bir rüzgar türbini rotorundaki MIMO testinin test kurulumunu gösteren bir fotoğraf. Bıçaklar, üç mekanik çalkalayıcı kullanılarak uyarılır ve tepki, Bıçak 3'e monte edilmiş 12 ivmeölçer kullanılarak ölçülür; testin bir sonraki aşamasında, ivmeölçerler, bu konumlardaki yanıtı ölçmek için Blade 2 ve 3'e taşınabilir.

Modal analiz , frekans alanındaki sistemlerin dinamik özelliklerinin incelenmesidir . Örnekler arasında, bir çalkalayıcıya bağlandığında bir arabanın gövdesinin titreşiminin veya bir hoparlör tarafından uyarıldığında bir odadaki gürültü modelinin ölçülmesi yer alır .

Günümüzün modern deneysel modal analiz sistemleri, 1) transdüserler gibi sensörler (tipik olarak ivmeölçerler , yük hücreleri ) veya bir Lazer vibrometre veya stereofotogrametrik kameralar yoluyla temassız 2) veri toplama sistemi ve bir analogdan dijitale dönüştürücü ön uçtan ( için dijital ortama analog enstrümantasyon sinyalleri) ve 3) ana bilgisayara ( kişisel bilgisayar verileri görüntülemek ve analiz).

Klasik olarak bu, bir SIMO (tek girişli, çoklu çıkış) yaklaşımıyla, yani bir uyarma noktasıyla yapılır ve ardından yanıt, diğer birçok noktada ölçülür. Geçmişte, uyarma olarak sabit bir ivmeölçer ve bir fitil çekici kullanan bir çekiç araştırması, karşılıklılık ilkesi nedeniyle matematiksel olarak SIMO ile aynı olan bir MISO (çoklu giriş, tek çıkış) analizi vermiştir . Son yıllarda MIMO (çoklu giriş, çoklu çıkış) daha pratik hale geldi, burada kısmi tutarlılık analizi yanıtın hangi kısmının hangi uyarım kaynağından geldiğini belirledi. Birden fazla çalkalayıcı kullanmak, enerjinin tüm yapı boyunca eşit dağılımına ve ölçümde daha iyi bir tutarlılığa yol açar. Tek bir çalkalayıcı, bir yapının tüm modlarını etkili bir şekilde harekete geçiremeyebilir.

Tipik uyarma sinyalleri dürtü , geniş bant , taranmış sinüs , cıvıltı ve muhtemelen diğerleri olarak sınıflandırılabilir . Her birinin kendi avantajları ve dezavantajları vardır.

Sinyallerin analizi tipik olarak Fourier analizine dayanır . Ortaya çıkan transfer fonksiyonu , karakteristik kütlesi , frekansı ve sönümleme oranı ölçümlerden tahmin edilebilen bir veya daha fazla rezonans gösterecektir .

Mod şeklinin animasyonlu görüntüsü NVH (gürültü, titreşim ve sertlik) mühendisleri için çok kullanışlıdır .

Sonuçlar, sonlu eleman analizi normal mod çözümleriyle ilişkilendirmek için de kullanılabilir .

Yapılar

Olarak inşaat mühendisliği , mod doğal yankı olan çeşitli süreler bulmak için bir yapının genel kütle ve sertlik kullanır. Bir binanın doğal frekansının , binanın inşa edileceği bölgede beklenen depremlerin sıklığıyla eşleşmemesi zorunlu olduğundan, bu titreşim dönemleri deprem mühendisliğinde not edilmesi çok önemlidir . Bir yapının doğal frekansı bir depremin frekansına uyuyorsa, yapı yankılanmaya ve yapısal hasar görmeye devam edebilir . Modal analiz, mühendisin doğal frekansları köprüde yürüyen insanların frekanslarından uzak tutmaya çalışması gereken köprüler gibi yapılarda da önemlidir. Bu mümkün olmayabilir ve bu nedenle, örneğin bir grup asker gibi bir grup insan bir köprü boyunca yürüyecek olduğunda, tavsiye, muhtemelen önemli uyarılma frekanslarından kaçınmak için adımlarını kırmalarıdır. Diğer doğal uyarma frekansları mevcut olabilir ve bir köprünün doğal modlarını harekete geçirebilir. Mühendisler bu tür örneklerden (en azından kısa vadede) öğrenme eğilimindedir ve daha modern asma köprüler, güverteyi desteğe karşı aşağı çekmek için aerodinamik terimlerle tasarlanabilen güverte şekli boyunca rüzgarın potansiyel etkisini hesaba katar. yapının kaldırılmasına izin vermek yerine. Diğer aerodinamik yükleme sorunları, yaklaşan rüzgara yansıtılan yapının alanını en aza indirerek ve örneğin asma köprülerdeki askıların rüzgar kaynaklı salınımlarını azaltarak ele alınır.

Modal analiz genellikle bilgisayarlar tarafından yapılsa da, herhangi bir yüksek katlı binanın titreşim periyodunu, toplu kütleli sabit uçlu bir konsol olarak idealleştirme yoluyla elle hesaplamak mümkündür .

Elektrodinamik

Elektrodinamikte modal analizin temel fikri mekaniktekiyle aynıdır. Uygulama, dalga kılavuzları veya rezonatörler gibi iletken muhafazalar içinde hangi elektromanyetik dalga modlarının durabileceğini veya yayılabileceğini belirlemektir .

Modların üst üste binmesi

Bir sistem için bir dizi mod hesaplandıktan sonra, farklı zaman geçmişlerine sahip birçok noktadaki birçok girdiye yanıt olarak herhangi bir frekansta (belirli sınırlar dahilinde) yanıt, her moddan gelen sonucu üst üste bindirerek hesaplanabilir. Bu, sistemin doğrusal olduğunu varsayar.

Mütekabiliyet

Cevap, x yönünde B noktasında ölçülürse (örneğin), y yönündeki A noktasındaki bir uyarma için, o zaman transfer fonksiyonu (frekans alanında kabaca Bx / Ay) yanıt alındığında elde edilenle aynıdır. Ay'da Bx'de heyecanlandığında ölçülür. Yani Bx / Ay = Ay / Bx. Yine bu, doğrusallığı varsayar (ve bunun için iyi bir testtir). (Ayrıca, kısıtlı sönümleme türleri ve sınırlı aktif geri besleme türleri varsayılır.)

Ayrıca bakınız

Referanslar

  • DJ Ewins: Modal Test: Teori, Uygulama ve Uygulama
  • Jimin He, Zhi-Fang Fu (2001). Modal Analiz , Butterworth-Heinemann. ISBN   0-7506-5079-6 .

Dış bağlantılar