Analiza modalna to specjalistyczna technika służąca do badania własności dynamicznych obiektów mechanicznych. W jej wyniku można określić częstości drgań własnych, wartości współczynników tłumienia oraz postacie drgań. Wykorzystuje się ją najczęściej w diagnostyce maszyn, ponieważ dzięki niej można ocenić, czy dane urządzenie pracuje prawidłowo, a także zredukować ryzyko wszelkich ewentualnych awarii i usterek. Analiza modalna jest również pomocna, gdy trzeba zmniejszyć poziom hałasu wytwarzanego przez urządzenia.
Do czego wykorzystywana jest analiza modalna?
Analiza modalna to powszechnie stosowana technika badania dynamicznych właściwości obiektów. W wyniku tego typu analizy otrzymuje się model modalny, który jest zbiorem częstości własnych, postaci drgań oraz współczynników tłumienia. Dzięki tym informacjom można przewidzieć, jak zachowa się obiekt na skutek różnych zaburzeń równowagi. Badanie to wykorzystuje się, aby móc zmodyfikować daną konstrukcję, przeprowadzić diagnostykę jej stanu, ograniczyć hałas powstający podczas pracy danego urządzenia, zredukować rezonans pojawiający się we współpracujących ze sobą układach mechanicznych, a także, aby zsyntetyzować sterowanie w układach aktywnej redukcji drgań lub zweryfikować i poprawić modele numeryczne (np. modele elementów skończonych lub elementów brzegowych).
To niezastąpione narzędzie inżynierskie, dzięki któremu można zbadać powstające prototypu urządzeń, sprawdzić jakość produkowanych elementów oraz zgodność ich rzeczywistej charakterystyki z modelową, jak również skontrolować funkcjonowanie gotowych maszyn lub przewidzieć możliwe efekty, kiedy np. ich struktura ulegnie częściowemu osłabieniu.
Analiza modalna ma szerokie zastosowanie. Korzysta się z niej w inżynierii mechanicznej, kosmicznej, elektronice i elektrotechnice, muzyce, transporcie kolejowym, rolnictwie, a także w konstrukcjach budowlanych. Przeprowadzenie takiego badania jest niezwykle cenne, gdyż pozwala wprowadzić niezbędne modyfikacje mające na celu poprawę funkcjonalności obiektu oraz zmniejszyć drgania czy emisję hałasu. Dzięki zebranym podczas analizy modalnej danym można skutecznie wydłużyć żywotność danego obiektu.
Jak przeprowadza się analizę modalną?
Aby sprawdzić oraz poprawić charakterystyki dynamiczne konkretnych podzespołów działających pod obciążeniem, warto zdecydować się na przeprowadzenie analizy modalnej. Badanie to jest bowiem skutecznym narzędziem inżynierskim, dzięki któremu można dokładnie określić własności dynamiczne obiektów, co stanowi fundament dla efektywnego rozwiązywania licznych problemów, które mogą dawać o sobie znać na każdym z etapów rozwoju i eksploatacji danego produktu lub konstrukcji.
Analiza modalna, której wykonywaniem zajmuje się m.in. firma EC Test Systems, zaczyna się od wymuszenia pojawienia się obciążeń, które mogą oddziaływać na badany obiekt podczas jego pracy. Stosowane siły umożliwiają zweryfikowanie reakcji struktury obiektu na określony stan. Zebrane w ten sposób dane można wykorzystać do modyfikacji obiektu albo do przewidywania jego reakcji na określone sytuacje. Najczęściej analiza tego typu jest przeprowadzana na modelu analizowanego obiektu, ale zdarza się, że wykonuje się ją także na gotowych podzespołach.
Pierwszym krokiem podczas analizy modalnej jest zamontowanie czujników rejestrujących pojawiające się drgania i wibracje na badanym obiekcie. Ich zadanie polega na rejestrowaniu rozchodzenia się drgań. Zebrane w ten sposób informacje mogą posłużyć do przygotowania modelu zachowania się danego obiektu, kiedy zadziała na niego konkretny czynnik.
Analiza modalna krok po kroku
Analiza modalna polega na wymuszaniu powstawania drgań, a następnie rejestracji ich charakterystyki. Zanim wywoła się drgania, trzeba zainstalować na badanym obiekcie specjalne czujniki, które będą zbierać informacje o rozchodzeniu się wymuszonych wibracji. Następnie należy wywołać odpowiedni efekt. Aby to zrobić, stosuje się młotki modalne albo specjalnie dobrane wzbudniki drgań. Dzięki nim można zadziałać na obiekt odpowiednią siłą wymuszającą pojawienie się drgań. Tego typu narzędzia nie tylko wzbudzają drgania, ale także dostarczają dokładnych informacji o użytej sile – o jej amplitudzie oraz częstotliwości.
Zebrane przez czujniki dane służą do stworzenia modelu modalnego, na który składają się uzyskane w wyniku badania postaci drgań własnych, współczynniki tłumienia i częstotliwości drgań własnych.
