Modo: el modo es la característica de vibración inherente de un sistema de vibración (estructura mecánica), que generalmente incluye frecuencia, forma de vibración y amortiguación. ......
Cuando un objeto vibra a una determinada frecuencia natural, el desplazamiento de cada punto del objeto desde la posición de equilibrio satisface una determinada relación proporcional, que puede representarse mediante un vector. vector se llama modo.
Parámetros modales: los parámetros modales se refieren a la frecuencia natural (frecuencia modal), la forma modal, la relación de amortiguación (amortiguación modal), la calidad modal, la rigidez modal, etc.
Modo principal, espacio principal, coordenada principal: cada modo del sistema no amortiguado se denomina modo principal, y el espacio expandido por cada vector modal se denomina espacio principal, y su modo correspondiente Las coordenadas de estado son llamadas coordenadas principales.
Orden modal: el orden modal se refiere al orden de la forma del modo (forma del modo). El orden corresponde al modo de vibración, y hay tantos pedidos como modos de vibración. El modo de vibración de una forma general puede verse como una combinación de muchas formas de diferentes órdenes. El modo de vibración que corresponde al período fundamental se llama modo de vibración de primer orden, el modo de vibración que corresponde a un período ligeramente menor que el primero (segundo período) se llama modo de vibración de segundo orden... enésimo orden, y así en.
Truncamiento de modos - Idealmente, nos gustaría obtener el conjunto completo de modos de una estructura, lo cual no es posible ni necesario en aplicaciones prácticas.
Los diferentes modos tienen diferentes contribuciones a la respuesta. Por ejemplo, para la respuesta de baja frecuencia, los modos de orden superior tienen menos influencia.
Para las estructuras reales, a menudo nos interesan sus primeros pocos o más modos, y los modos de orden superior a menudo se descartan. Aunque esto provocará un pequeño error, el orden de la matriz de la función de respuesta de frecuencia se reducirá considerablemente, lo que reducirá en gran medida la carga de trabajo. Este tratamiento se llama truncamiento modal.
Fuga modal (no sé si este concepto existe)—
Análisis modal—la definición clásica es transformar las coordenadas físicas en la ecuación diferencial de vibración de un tiempo lineal. sistema invariante en modal En las coordenadas modales, el sistema de ecuaciones se desacopla y se convierte en un conjunto de ecuaciones independientes descritas por coordenadas modales y parámetros modales, obteniendo así los parámetros modales del sistema. La matriz de transformación de la transformación de coordenadas es la matriz modal y cada columna es la forma modal.
El análisis modal se refiere al proceso de encontrar parámetros modales, que se divide en análisis modal analítico (teórico), análisis modal experimental y análisis modal de trabajo.
La esencia del análisis modal del método de elementos finitos es resolver el problema de valores propios de la matriz, por lo que "orden" se refiere al número de valores propios. Ordene los valores propios de menor a mayor. El objeto de análisis real es infinito, por lo que su patrón tiene infinitos órdenes. Sin embargo, sólo los primeros modos desempeñan un papel dominante en el movimiento, por lo que es necesario calcular los primeros modos durante el cálculo.
2. Aplicación del análisis modal
El objetivo final del análisis modal es identificar los parámetros modales del sistema, lo que proporciona la base para el análisis de las características de vibración de los sistemas estructurales, el diagnóstico. y predicción de fallas por vibración, y Proporcionar la base para un diseño óptimo de características dinámicas estructurales.
La aplicación de la tecnología de análisis modal se puede resumir en los siguientes aspectos:
1. Evaluar las características dinámicas del sistema estructural existente (período de vibración natural, frecuencia natural, forma y modo). Amortiguación);
2. En el diseño de nuevos productos, predecir y optimizar las características dinámicas estructurales; diagnosticar y predecir fallas del sistema estructural.
A través del análisis modal, es posible comprender claramente las características; de los modos principales de la estructura en un cierto rango de frecuencia susceptible, y es posible predecir la respuesta de vibración real de la estructura bajo la acción de varias fuentes de vibración externas o internas en esta banda de frecuencia. Por lo tanto, el análisis modal es un método importante para el diseño dinámico estructural y el diagnóstico de fallas de equipos.
3. Controlar el ruido irradiado de la estructura;
4. Identificar las cargas del sistema estructural.
Tercero, análisis modal y análisis de elementos finitos
1. Cómo realizar el análisis modal de la estructura en combinación con el análisis de elementos finitos;
A. Análisis de elementos El modelo de metanálisis determina los puntos de medición, los puntos de excitación y los puntos de apoyo (puntos de suspensión) de la prueba modal, e identifica y nombra los parámetros modales de la prueba con referencia a las formas de vibración calculadas, lo cual es particularmente importante para estructuras complejas.
b. Utilice los resultados de las pruebas para modificar el modelo de elementos finitos para cumplir con los requisitos de los estándares industriales o nacionales.
C. El modelo de elementos finitos se utilizó para simular y analizar los errores causados por la simulación de condiciones de contorno, masa adicional, rigidez adicional y otras condiciones de prueba y su eliminación.
D. Análisis de consistencia espectral y correlación de patrones de los dos modelos.
E. Utilizar análisis de simulación de modelos de elementos finitos para resolver problemas en la prueba.
2. Corrección de resultados de elementos finitos
4. Método de análisis modal
El método de análisis modal incluye el método en el dominio del tiempo y el método en el dominio de la frecuencia.
Método en el dominio del tiempo.
El método en el dominio del tiempo obtiene los parámetros modales directamente de la respuesta libre de la estructura en el dominio del tiempo. Los métodos típicos incluyen el método de decremento aleatorio y el método de series de tiempo;
Método de decremento aleatorio
Método de series de tiempo
2. El método del dominio de la frecuencia primero convierte los datos de prueba en datos del dominio de la frecuencia y luego identifica los parámetros modales. Incluye principalmente el método del modo principal y el método de la función de transferencia. El análisis modal experimental determina los parámetros modales a través de datos experimentales y pertenece al método del dominio de la frecuencia.
El método del modo principal utiliza excitación sinusoidal multipunto para hacer que el sistema vibre en modo puro y obtener los parámetros modales.
El método de la función de transferencia generalmente utiliza excitación de un solo punto. Primero encuentre la función de transferencia de la estructura y luego determine los parámetros modales.
Análisis modal analítico (teórico) del verbo (abreviatura de verbo)
Análisis modal experimental del verbo intransitivo
Para cada punto de la parte probada se aplica una fuerza de excitación mientras se mide su respuesta; luego, a través de un equipo de análisis de señal se obtiene la función de transferencia entre el punto de excitación y el punto de respuesta. Si se requiere el modo de vibración, es necesario obtener repetidamente la función de transferencia de cada punto de la muestra. Luego se identifican parámetros como la frecuencia natural, la rigidez modal, la amortiguación modal, la masa modal y la forma modal mediante el ajuste de curvas. Finalmente, de acuerdo con los parámetros modales obtenidos, el proceso dinámico del modo de vibración se muestra en la pantalla.
El proceso de análisis modal experimental: simula el sistema bajo prueba y mide su respuesta al mismo tiempo, el subsistema de adquisición y procesamiento de datos obtiene la función de transferencia entre el punto de excitación y el punto de respuesta, y luego obtiene la función de transferencia entre el punto de excitación y el punto de respuesta. a través del ajuste de curvas. Parámetros como la frecuencia natural, la amortiguación modal y la forma modal del sistema bajo prueba.
El subsistema de excitación
incluye principalmente fuentes de señal, amplificadores de potencia y excitadores, que se dividen en tipos fijos y no fijos. En la actualidad, los sistemas de excitación fija más utilizados incluyen principalmente vibradores eléctricos y vibradores electrohidráulicos. El ejemplo más común de sistemas de excitación no fijos es la excitación por martillo.
La mayoría de los sistemas de prueba de vibraciones requieren un dispositivo para provocar algún tipo de vibración en el objeto de prueba. Dependiendo de si está conectado a la estructura, el dispositivo se puede dividir en tipos conectados y no conectados. En excitación conectada, la configuración más típica consiste en uno o varios agitadores colocados en el suelo (o fijados en un soporte) conectados al objeto de prueba, o el agitador está conectado sólo a la estructura. En estos casos, el agitador tiene cierta influencia sobre las propiedades dinámicas de la estructura. En otros casos, se utiliza excitación no conectada: el dispositivo de excitación no está conectado al objeto de prueba, siendo la excitación de martillo el ejemplo más familiar. A veces, se pueden precargar cargas estáticas en la estructura y la liberación repentina de esta precarga producirá una fuerza de entrada escalonada. Además, la excitación acústica y la excitación magnética también son excitaciones conectadas.
En la actualidad, los excitadores más utilizados en sistemas de excitación fija son principalmente excitadores eléctricos y excitadores electrohidráulicos. Las cocteleras eléctricas son las más populares. La señal de entrada pasa a través de una bobina colocada en un campo magnético. Cuando la corriente de señal alterna, la bobina se mueve debido a la fuerza alterna. La estructura de prueba es impulsada por un acoplamiento de bobina móvil, que genera vibraciones. La impedancia eléctrica de dicho dispositivo cambia con la amplitud del movimiento del seguidor. Este excitador puede funcionar normalmente en el rango de 30 Hz-50 kHz. El vibrador electrohidráulico utiliza el principio hidráulico para amplificar la potencia y generar una enorme fuerza de excitación. Y puede agregar cargas estáticas y dinámicas. Todo el mecanismo es complejo y costoso. Generalmente se usa en excitación de rango de baja frecuencia y fuerza de excitación grande.
La masa añadida del excitador al objeto de prueba siempre tendrá un cierto impacto en las características de vibración de la estructura. Normalmente, la conexión entre el excitador y la estructura se realiza mediante un sensor de fuerza unidireccional. Para medir eficazmente las fuerzas de excitación, es necesario asegurarse de que la estructura esté excitada en la dirección de medición de la fuerza (por ejemplo, cuando se utiliza un dinamómetro de tensión-compresión, no aplique momentos de flexión a la estructura). Por lo tanto, la conexión entre el agitador y el objeto de prueba debe ser rígida en la dirección de medición y flexible en todas las demás direcciones. Además, los agitadores pueden agregar algo de masa, amortiguación y rigidez a la estructura.
La ventaja más importante de un sistema de excitación no estacionario es que no añade masa a la estructura y por lo tanto no afecta las características dinámicas del objeto de prueba. Los ejemplos más comunes son la excitación de martillo, pero también la excitación de liberación de precarga, la excitación acústica y la excitación magnética. El propósito de estimular un objeto de prueba es producir una fuerza de cierta magnitud dentro de un rango de frecuencia específico.
Por ejemplo, si un martillo introduce un pulso, generará una fuerza que se extiende suavemente hasta una frecuencia específica. El martillo y el sensor de fuerza se combinan en un solo instrumento, que es el martillo de fuerza. La magnitud de la energía y la ampliación de la frecuencia de la fuerza de excitación dependen de la fuerza del operador, el peso del martillo, la dureza del martillo y la plasticidad del punto impactado en la estructura. Cuanto más cerca esté la fuerza de entrada del pulso (duración cero, amplitud de fuerza infinita e impulso unitario), más amplia será la dispersión de la frecuencia de la banda base. Si la cabeza del martillo es dura, el peso de la cabeza del martillo es pequeño y la superficie del objeto de prueba es dura, el tiempo de contacto entre la cabeza del martillo y el objeto de prueba es corto, de modo que la señal de excitación está cerca del pulso. Y la expansión de la frecuencia de banda base de la excitación alcanzará una frecuencia muy alta (como 10 KHz). Si el martillo es más pesado y más blando, el tiempo de contacto será más largo y se podrán excitar frecuencias más bajas. En casos extremos, mediante el método de excitación por martillo se pueden excitar estructuras pesadas con bajas frecuencias de vibración, como edificios, trenes, barcos, cimientos, etc.
Subsistema de medición
Se compone principalmente de sensores de fuerza y sensores de movimiento. Los sensores más utilizados en las pruebas de análisis modal son sensores de fuerza y sensores de aceleración con cristales piezoeléctricos como elementos sensibles.
El subsistema de medición incluye principalmente sensores, amplificadores adaptativos y componentes de conexión relacionados. Los sensores más utilizados son los sensores piezoeléctricos. El propósito del amplificador adaptativo es acondicionar la pequeña señal producida por el sensor para que pueda enviarse al analizador para su medición.
El subsistema de medición está formado principalmente por sensores de fuerza y sensores de movimiento.
Cuando una estructura vibra bajo la excitación de un sacudidor o martillo, se debe medir la señal de entrada al sistema mecánico y la señal de salida del sistema. La entrada al sistema suele ser fuerza, medida por un sensor de fuerza. La salida del sistema suele ser el desplazamiento, la velocidad o la aceleración de algún punto de interés en la estructura, que se mide mediante un sensor de movimiento.
El sensor de movimiento habitualmente utilizado en los ensayos de análisis modal es un sensor de aceleración con cristal piezoeléctrico como elemento sensible. Cuando un cristal se deforma, sus dos caras polares generan cargas proporcionales a su deformación, que es proporcional a la fuerza sobre el cristal.
Los sensores piezoeléctricos reemplazan las células de carga tradicionales con galgas extensométricas en la mayoría de análisis y mediciones modales. Las principales características de los sensores piezoeléctricos son la fuerza máxima, la frecuencia mínima y la frecuencia máxima (dependiendo de la carga) y la sensibilidad. Para mediciones de muy baja frecuencia, todavía se utilizan células de carga dinámicas extensímetros. En general, los sensores de fuerza tienen menos impacto en el análisis y las mediciones modales que los acelerómetros.
En pruebas de análisis modal de estructuras mecánicas, la respuesta suele ser el movimiento del objeto estructural, expresado en términos de desplazamiento, velocidad o aceleración. En teoría, no importa cuál de los tres parámetros de movimiento se mida. Medir el desplazamiento es más importante para casos de baja frecuencia, mientras que medir la aceleración es más importante para casos de alta frecuencia. El valor cuadrático medio de la velocidad se llama "intensidad de vibración" porque existe una relación simple entre la velocidad de vibración y la energía de vibración. Esta puede ser una razón importante para medir la velocidad.
Sin embargo, los sensores de desplazamiento y los sensores de velocidad son generalmente más pesados. La mayoría de los sensores de movimiento son sistemas de resortes de masa con ** frecuencias de vibración. La señal de salida del sensor de desplazamiento es proporcional al desplazamiento en la banda de frecuencia por encima de su propia frecuencia de vibración. Esto inevitablemente requiere que la frecuencia de vibración del acelerómetro sea muy baja, lo que requiere una gran masa. Lo contrario ocurre con el acelerómetro. Cuanto menor sea la masa, menor será el impacto del pegado de la estructura a la estructura y más precisa será la medición.
Otra ventaja del acelerómetro es que al hacer análisis de vibración convencional, se puede integrar correctamente la señal de aceleración a través del circuito de integración para obtener la velocidad y el desplazamiento. Los sensores de velocidad y de desplazamiento no son adecuados para su uso con circuitos diferenciales porque se amplificará el ruido de alta frecuencia. Con base en las consideraciones anteriores, el acelerómetro se ha convertido en el sensor de movimiento más utilizado en las pruebas de análisis modal.
Subsistema de adquisición de datos
Registra y procesa datos de prueba, como la determinación de funciones de respuesta de frecuencia;
Registra y procesa datos de prueba de sensores de fuerza y sensores de movimiento Los datos de señal obtenidos determinan, por ejemplo, la función de respuesta en frecuencia.
Subsistema de procesamiento de datos
Los parámetros modales (frecuencia natural, relación de amortiguación, forma del modo, etc.) se determinan mediante el ajuste de la curva de la función de transferencia de prueba;
Derivar y determinar los parámetros modales (frecuencia modal, relación de amortiguación modal, vector de forma modal, etc.) a partir de la función de respuesta de frecuencia obtenida de la prueba;
En mecánica, la forma del modo es la relación de las amplitudes de cada punto , es el vector propio correspondiente a la ecuación característica.
Condiciones de contorno
(1) Modo de soporte de restricciones
Instale el objeto de prueba en la base.
La situación ideal es que la base sea absolutamente rígida, es decir, cuando el objeto de prueba está excitado, la base está absolutamente inmóvil, es decir, el valor de la función de respuesta de frecuencia de desplazamiento de la fuerza de excitación a la base es cero. De hecho esto es imposible. En términos generales, si el valor de la función de respuesta de frecuencia de la base es mucho menor que el valor de la función de respuesta de frecuencia de la estructura del objeto de prueba en toda la banda de frecuencia de prueba, se puede considerar aproximadamente que se cumplen los requisitos para el soporte de restricción. Por lo tanto, generalmente se requiere que la calidad de la base sea al menos 10 veces la masa del objeto de prueba, de modo que generalmente se pueda ignorar el impacto de la base sobre las características dinámicas del objeto de prueba.
(2) Modo de soporte gratuito
El estado libre ideal es que el objeto de prueba esté en estado suspendido. En este momento, la estructura del objeto de prueba tiene seis modos rígidos con frecuencia natural cero, tres de los cuales son modos traslacionales. Tres son modos de rotación. De hecho, es difícil lograr un verdadero estado libre en la sala de pruebas. El estado libre sólo puede aproximarse apoyando el objeto de prueba de alguna manera adecuada (como resortes neumáticos y dispositivos de levitación neumáticos y magnéticos). En este momento, la frecuencia modal del objeto de prueba ya no es cero y su valor está relacionado con las características de masa del objeto de prueba y las características de rigidez del dispositivo de soporte. Para reducir la influencia del sistema de suspensión (el objeto de prueba es un sistema compuesto por un cuerpo rígido y un dispositivo de soporte elástico) en el modo elástico de la estructura del objeto de prueba, se requiere que el sistema de suspensión tenga baja rigidez, pequeñas adicionales masa y fricción cero. La frecuencia natural del sistema de suspensión y la disposición de los puntos de suspensión generalmente deben cumplir los siguientes requisitos:
1) La frecuencia natural del sistema de suspensión es inferior a 1/10-1/5 de la frecuencia básica Frecuencia natural del modo elástico de la estructura del objeto de prueba. De lo contrario, se debe considerar la influencia del sistema de suspensión en las características modales elásticas del objeto de prueba;
2) El punto de suspensión debe seleccionarse cerca del nodo con gran rigidez estructural del objeto de prueba; posible evitar la rigidez estructural causada por la tensión estática de los cambios estructurales para garantizar la estabilidad del sistema de suspensión;
3) Reducir el impacto de la amortiguación adicional causada por el sistema de suspensión en el objeto de prueba estructural. ;
4) La dirección de suspensión del objeto de prueba es preferiblemente perpendicular a la dirección principal de vibración de la estructura.
3. En las pruebas modales, el diseño y la verificación de los dispositivos de prueba y los sistemas de soporte son muy importantes. Cuando se descubre que las características dinámicas del dispositivo y el sistema de soporte tienen un impacto significativo en la estructura bajo prueba, el objeto de prueba y el dispositivo deben analizarse dinámicamente como un todo. A medida que el número de estructuras de objetos de prueba continúa aumentando, se vuelve cada vez más difícil y costoso diseñar un dispositivo con una interfaz ideal o un bajo acoplamiento con el objeto de prueba. Algunos de ellos necesitan resolver estas contradicciones mediante métodos experimentales (como la interfaz de masa inercial y la distensibilidad residual).
Disposición de los puntos de medición
Finalmente, el diagrama modal del modo estará representado por la vibración de los puntos de medición, por lo que la selección de la ubicación y densidad de distribución de los puntos de medición es muy importante. Si los puntos de medición están dispuestos de manera demasiado densa, se incrementará la carga de trabajo innecesaria, y si los puntos de medición están dispuestos de manera demasiado dispersa, es posible que la forma del modo de prueba no se exprese claramente. Por tanto, el principio del diseño es simplificarlo tanto como sea posible sin perder el modal. Si es difícil predecir el modo de vibración de la estructura, se puede realizar un análisis modal mediante software de elementos finitos para estimar aproximadamente las características modales de la estructura que se está midiendo y luego determinar la disposición de los puntos de medición.
1. Posición de suspensión óptima
Al realizar pruebas modales, generalmente se espera que el punto de suspensión del objeto de prueba se seleccione en una posición con una pequeña amplitud. Por lo tanto, es necesario determinar de antemano la mejor posición para colgar.
2. Posición de excitación óptima
Para garantizar la identificabilidad (controlabilidad y observabilidad) del sistema, generalmente se requiere que el punto de excitación no pueda estar demasiado cerca del nodo o línea de nodo. Esto requiere que el valor de respuesta de desplazamiento del punto de excitación óptimo del ODP (punto de conducción opcional) no sea igual a cero. El punto de excitación debe evitar elegir un lugar donde el valor del punto de excitación óptimo ODP sea igual a cero, ya que algunos modos no se excitarán en este punto.
Cuando se utiliza el método de martilleo, la selección de la posición de excitación óptima no sólo debe satisfacer que el valor del punto de excitación óptimo ODP no sea igual a cero, sino que también debe evitar seleccionar puntos donde el grado de conducción promedio de La velocidad de libertad es grande, porque en esos puntos promedio con grandes grados de libertad de conducción son propensos a fenómenos de doble clic.
Cuando se utiliza un vibrador para la excitación, la selección de la mejor posición de excitación no sólo debe satisfacer que el valor del mejor punto de excitación de ODP no sea igual a cero, sino también evitar seleccionar aquellos con un promedio grande. puntos de aceleración del grado de libertad de conducción, porque la masa añadida del excitador tiene una mayor influencia en aquellos puntos donde el grado de aceleración de libertad de conducción promedio es mayor.
Tres. Requisitos de precisión para puntos de prueba óptimos
La información medida en los puntos de prueba requiere la relación señal-ruido más alta posible, por lo que los puntos de prueba no deben estar cerca de los nodos. Tenga en cuenta que en la práctica se suelen utilizar sensores de aceleración.
De hecho, todas las señales de aceleración medidas son señales de aceleración, por lo que en la ubicación del punto de prueba óptimo, el valor promedio de aceleración de la libertad de conducción debería ser mayor. El método para determinar el mejor punto de prueba suele utilizar el método EI (independencia efectiva) [22].
Configuración de parámetros relacionados
Sensibilidad del sensor, frecuencia de muestreo, selección de banda de frecuencia de prueba, cálculo promedio, modo de disparo, duración de grabación de señal, señal de fuerza más ventana cuadrada, señal de aceleración más ventana exponencial.
1) Configuración de la sensibilidad del sensor
Las señales en el análisis de señales a menudo aparecen en forma de voltaje, y los resultados del análisis también son cantidades relacionadas con el voltaje, que tienen una cierta conversión con la física real. cantidades en relación de ingeniería. Para reducir los errores de análisis, es mejor enviar señales físicas estándar conocidas al equipo de análisis durante el análisis, para establecer una relación directa entre los valores en el equipo de análisis y las cantidades físicas reales. Es decir, configurar la sensibilidad del sensor y establecer la relación de conversión entre unidades de voltaje y unidades físicas.
2) Frecuencia de muestreo
Si la señal se analiza en el dominio del tiempo, cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo, mejor será la elasticidad de la señal. La frecuencia de muestreo es 10 veces la frecuencia más alta de la señal. Para algunos equipos de análisis de señales, el número de puntos de muestreo es limitado. Si la frecuencia de muestreo es alta, la longitud del registro de señal recopilada será muy corta, lo que afectará la integridad de la señal.
En el análisis en el dominio de la frecuencia, para evitar el aliasing, la frecuencia mínima de muestreo debe ser mayor o igual al doble de la frecuencia más alta de la señal, que es el teorema de muestreo. En el análisis real, la frecuencia de muestreo general es de 3 a 4 veces la frecuencia más alta de la señal. Si solo está interesado en ciertos componentes de frecuencia de una señal, puede utilizar la frecuencia más alta en su análisis como la frecuencia más alta de interés. Vale la pena señalar que cuando algunos equipos de análisis de señales realizan análisis en el dominio de la frecuencia, el número de puntos de muestreo es fijo, a medida que aumenta, el ancho de banda de la banda de análisis combinada aumenta y la resolución de frecuencia empeora.
3) Número de puntos de muestreo
En el análisis en el dominio del tiempo, cuantos más puntos de muestreo, más cerca de la señal original. En el análisis en el dominio de la frecuencia, para facilitar el cálculo de la FFT, el número de puntos de muestreo es generalmente una potencia de 2, como por ejemplo: 32, 64, 128, 256, etc.
4) La longitud de la señal grabada
Cuando se determina el número de puntos de muestreo n, se determina la duración de grabación de la señal analizada. La longitud de cada muestra es . Para reducir el error de amplitud del análisis, a menudo se utiliza el procesamiento promedio en el análisis. La longitud de grabación de la señal también está relacionada con el número promedio de segmentos q. La longitud de grabación de la señal es, es decir, la longitud de la señal segmentada. .
5) Cálculo promedio
Para mejorar la precisión de la estimación del espectro, es necesario promediar los datos muestreados. La señal se muestrea varias veces y luego se promedia. Generalmente existen dos métodos de procesamiento: uno es el promedio lineal; el otro es el promedio exponencial.
6) Selección de la banda de frecuencia de prueba
La selección de la banda de frecuencia de prueba debe considerar el rango de frecuencia de la fuerza de excitación de la máquina o estructura en condiciones normales de trabajo. Generalmente se cree que los modos alejados de la banda de frecuencia de la fuente de vibración contribuyen poco a la respuesta de vibración real de la estructura, e incluso la respuesta excitada por la excitación de baja frecuencia no incluye la contribución de los modos de orden superior. De hecho, la contribución de los modos de alta frecuencia no sólo está relacionada con la banda de frecuencia de excitación, sino también con la distribución de la fuerza de excitación. Por lo tanto, la banda de frecuencia de prueba debe ser apropiadamente más alta que la banda de frecuencia de la fuente de vibración. Además, en el caso de pruebas de componentes, los resultados de las pruebas se utilizan en un análisis integral del conjunto junto con otros componentes para obtener los modos de toda la estructura. Luego, para que el modo general tenga mayor precisión, la banda de frecuencia de prueba del modo componente debe relajarse adecuadamente para obtener más modos. Cuando hay muy pocos modos de componentes y demasiados puntos de conexión entre componentes durante el ensamblaje, el análisis integral general puede resultar imposible.
6) Modo de disparo
El modo de disparo determina el punto de inicio de cada muestra durante el muestreo. Su selección razonable es de gran importancia para capturar señales transitorias u operaciones que requieran la misma adquisición de señales. Generalmente existen varios métodos para solucionar el problema: disparador libre, disparador por señal, disparador previo, disparador externo, etc. Para las señales de pulso, generalmente es difícil de capturar. La señal muestreada temprano no ha llegado, pero la señal muestreada tarde ha pasado. En este caso puede ser activado por el nivel de la propia señal. El nivel de disparo se puede ajustar para que sea ligeramente más alto que el nivel de ruido, de modo que cuando no hay señal de pulso, el ruido no puede activar el sistema de muestreo y no puede muestrear cuando aparece la señal de pulso y alcanza el nivel de disparo preestablecido, el sistema de muestreo; muestras inmediatamente. Con este método de activación se garantiza la señal de pulso a analizar. Si no hay señal, el sistema de muestreo no funcionará hasta que ocurra la siguiente señal de pulso.
Esto no sólo garantiza que se recopile la señal de pulso deseada sin perder el ritmo cada vez, sino que también elimina una gran cantidad de ruido innecesario.
Preparación para las pruebas - análisis de reciprocidad
(1) Supuesto lineal, es decir, asumir que la estructura y sus características dinámicas son lineales. Es decir, la producción causada por cualquier combinación de insumos es igual a la combinación de sus respectivas salidas.
(2) Supuesto invariante en el tiempo (inmediatamente invariante), es decir, se supone que el modelo de la estructura y sus características dinámicas no cambian con el tiempo, por lo que la matriz de coeficientes de la ecuación diferencial es una matriz constante e independiente del tiempo. Cuando se crea masa adicional del sistema probando sensores adicionales, permanece constante en ese momento.
(3) Supuesto de observabilidad, que supone que todos los datos necesarios para determinar las características dinámicas del sistema que nos interesa se pueden medir. Para evitar problemas de observabilidad, los grados de libertad de respuesta deben elegirse adecuadamente.
(4) Supuesto de reciprocidad, es decir, se supone que la estructura sigue el principio de reciprocidad de Maxwell, es decir, la cotización se ingresa en el punto Q.
Durante el experimento, debido a la influencia de muchos factores prácticos, los datos originales obtenidos del experimento a menudo contienen factores de interferencia. Un requisito previo importante para utilizar la tecnología de análisis modal experimental para estudiar las características dinámicas de las máquinas herramienta es que la estructura de la máquina herramienta debe cumplir varios supuestos y rangos. Especialmente para sistemas estructurales complejos de máquinas herramienta con varias conexiones, para garantizar la confiabilidad y validez de la prueba, se deben realizar las siguientes pruebas preliminares antes de la prueba modal:
Prueba de reciprocidad: análisis modal La base teórica Se basa en sistemas lineales. Esto requiere que el error no lineal de la estructura de la máquina herramienta antes de la prueba sea relativamente pequeño. En la prueba de excitación de pulso, se pueden utilizar los métodos del punto de medición de reciprocidad y del punto de toma para realizar la prueba, que no solo satisface el teorema de reciprocidad:
Análisis de coherencia previo a la prueba
Durante el experimento, debido a la influencia de muchos factores prácticos, los datos originales obtenidos de los experimentos a menudo contienen factores de interferencia. Existe un requisito previo importante para utilizar la tecnología de análisis modal experimental para estudiar las características dinámicas de una estructura, es decir, la estructura debe cumplir las condiciones y el alcance de varios supuestos. Especialmente para el sistema de investigación de la superficie de la articulación, para garantizar la confiabilidad y validez de la prueba, se deben realizar las siguientes pruebas preparatorias antes de probar los datos: El espectro de la fuerza de excitación y la aceleración se puede utilizar para calcular la función de coherencia. . La función de coherencia está entre 0 y 1, que representa la confiabilidad de los resultados experimentales y evalúa la confiabilidad de la estimación de la función de transferencia. En términos generales, cuanto más cerca esté de 1, menos interferencia sufrirá el experimento y más confiables serán los resultados experimentales. Generalmente, la función de coherencia debería ser mayor que 0,8, preferiblemente mayor que 0,9.
a) Probar el supuesto de linealidad de la estructura que se está probando. Generalmente se utiliza la prueba de reciprocidad, es decir, las posiciones de respuesta y excitación se intercambian, y la función de transferencia cambia muy poco en la dirección correspondiente.
b) Análisis de fiabilidad de las señales de respuesta. Es decir, la función de coherencia se puede calcular en función del espectro de la señal de respuesta y el espectro de la señal de excitación. La función de coherencia está en el rango de 0 ~ 1, lo que representa la confiabilidad de los resultados experimentales y evalúa la confiabilidad de la estimación de la función de transferencia. En términos generales, cuanto más cerca esté de 1, menos interferencia sufrirá el experimento y más confiables serán los resultados experimentales. Generalmente, la función de coherencia debería ser mayor que 0,8, preferiblemente mayor que 0,9.
Prueba de la función de transferencia
Según la teoría de la prueba modal, solo se necesita una fila o columna en la matriz de la función de transferencia para obtener toda la información modal. Por lo tanto, hay dos formas de medir la función de transferencia: una es la excitación fija y capta la vibración punto por punto; la otra es la respuesta fija y la excitación punto por punto; Para eliminar al máximo las señales de interferencia, normalmente se toman varias mediciones y luego se promedian.
Identificación de parámetros modales
Finalmente, la función de transferencia medida se importa al software de identificación modal y los parámetros modales de cada pedido se obtienen mediante la identificación de ajuste de curvas, incluida principalmente la frecuencia modal. modo Formas modal y relaciones de amortiguación modal.
Análisis modal y análisis de elementos finitos de verbos intransitivos
Combinación de análisis modal y análisis de elementos finitos;
1. Utilizar el modelo de análisis de elementos finitos Determinar los puntos de medición. , puntos de excitación y puntos de apoyo (puntos de suspensión) del experimento modal, e identificar y nombrar los parámetros modales con referencia a los parámetros modales calculados, especialmente para estructuras complejas.