Analiza modala experimentala

Analiza modală este vitala pentru înțelegerea și optimizarea comportamentului dinamic ale structurilor, care conduce la construcții mai ușoare, mai puternice și mai sigure și o performanță mai bună.

În analiza modală se obține un model matematic care refera la comportamentul dinamic al structurii. Modelul matematic constă dintr-un set de moduri de vibratii fiecare cu o frecvență naturală asociată și cu factor de amortizare corespunzatoare. Acești parametrii modali oferă o descriere completă a comportamentului dinamic al structurii.

Analiza Modala Experimentala se bazează pe determinarea parametrilor modale prin testare, spre deosebire de Analiza Modala Analitică, în cazul în care parametrii modale sunt derivate prin modelare in element finit (FEMS). Există două moduri de desfasurare a Analizei Modale Experimentale: analiza modală clasică și analiză modală operațională. În analiză clasica răspunsul structurii si frecvența (sau funcții de reacție la impulsuri) se calculează confrom forțelor de intrare măsurate și răspunsurilor de ieșire. În analiza modală operaționala identificarea sistemului se bazează numai pe răspuns de ieșire măsurat. Forțele si mediul sunt utilizate ca input nemăsurat.

Clasică (Input-Output)

Funcția frecvență de răspuns este raport răspunsului de ieșire a unei structuri datorită aplicarii unei forțe. Se măsura atât forța aplicată cat și răspunsul structurii simultan. (Răspunsul poate fi măsurată ca deplasarea, viteza sau accelerația.) Datele de timp măsurate se transforma din domeniul de timp în domeniu de frecvență utilizând un algoritm Fast Fourier Transform găsit în orice masina de prelucrare a semnalelor și in pachete de software la calculatoare.

Operational (Output - only)

Determină caracteristicile dinamice ale structurii:

frecvenţele proprii formele modale proprii coeficienţii de amortizare

Aplicaţii:

Optimizarea proprietăţilor dinamice ale structurii (masă, rigiditate, amortizare)Evaluarea pericolului producerii fenomenului de rezonanţăAnticiparea comportamentului dinamicDeterminarea coeficientului de amortizare pentru a fi introdus in modelări EFCorelarea modelelor EF cu structura realăDetectarea deteriorărilor şi evaluarea gradului de uzurăMonitorizare în timp a structurii

Analiza modală clasica variază de la teste de mare mobilitate cu ciocane de impact pana la testare prin aplicarea fortei in mai multe puncte pe structuri mari și complexe cu sute de accelerometre de răspuns. Brüel & Kjær este o soluție de testare a raspunsului seismic:

Testele dinamice utilizeaza platforma PULSE multi-analiză. Ele sunt expresive grafic și ușor de controlat, care leagă măsurarea directă la testare de pe ecran.

Mod de lucru:Se imparte elementul la distante egale. Se actioneaza cu ciocanul în fiecare punct egal departate pe axul barei. Se efectueaza trei încercari pentru fiecare punct.Se obtin modurile de vibratii si frecvente corespunzatoare.Se face comparatie intre rezultate (Experiment vs. Analiza EF)

Directii viitoare de cercetare Analiza fâsiilor cu goluri pretensionate

Orice structura flexibila care poate fi excitata cu ajutorul ciocanului de impact. (cladiri civile, poduri)

Exemplu:

Realizarea de expertize tehnice

analiza structurilor la vibratii proiecte de consolidare monitorizare în timp analiza oricarei structuri flexibile

Programe de analiza si calibrare a modelului in element finit(Brüel & Kjær’s -PULSE, FEMtools)

FEMtoolsAnaliza cu element finit (FEA-Finite Element Analysis) este o tehnica de a sprijini practica ingineriei moderne. FEA pot juca un rol important la:• testare noi abordări de design• Modificarea unui proiect existent• Rezolvarea problemelor de producție• Verificare siguranței

Rezultatele obținute cu FEA depind puternic de experiența și de decizile inginerului implicat în analiza problemei și definirea unui model de simulare. Dependența tot mai mare de rezultatele de simulare în toate domeniile de inginerie a dus la necesitătii de validare și rafinare ale modelelor.

La validare modelului EF se verifica dacă ipotezele simplificatoare și concluziile analizei sunt valabile. Mulți parametri într-o analiza cu element finit sunt incerte. Acest lucru va reprezenta în mod inevitabil unele diferențe între comportamentul structurii in program și rezultatele analizei reale.

FEMtools analiza de corelație (FEMtools Correlation Analysis) este utilizată pentru a corela datele de incercare cu rezultate de analiza.

FEMtools Actualizare Model (FEMtools Model Updating) este folosit pentru a rula scenarii what-if și pot fi aplicat pentru a îmbunătăți calitatea modelului.

Analiza de corelare compară cantitativ și calitativ două seturi de date rezultate din analiză. De obicei, aceasta este o FEA și o bază de date din incercare, care sunt importate în baza de date FEMtools. Cu toate acestea, uneltele pot fi folosite pentru corelare FEA - FEA și test – test.

• corelarea spațială • corelare vizuala - comparație vizuala a formelor ( forme de deplasare statice , formele modurilor), folosind afișeare animate pus unul langa altul.• corelare globala a formelor • corelarea locală a formelor • asocierea formelor• asociere FRF - Creează un perechi de tabel de FRF (frequency response function) • corelarea FRF - Analizeaza corelație între funcțiile de FRF, fie la nivel global între 2 funcții sau de formă • Coeficienții de corelație - Calculează valorile de eroare a funcțiilor dintr-o selecție de răspunsuri de referință.

PULSE

Testarea și Analiza de Element Finit este o disciplină de bază în dinamica structurilor. Aceasta ajută la scurtarea timpului de la concept la producție, prin optimizarea strategiilor de de testare și îmbunătățirea modelelor de element finit.

Se poate importa modele mari de element finit în programul PULSE. Modelele de element finit pot fi importate din programme de modelare: NASTRAN, ANSYS și ABAQUS

Modelele EF importate pot fi animate, în scopul de a obține o idee despre gama frecvențelor, densitatea și modurile critice.

Analiza de corelație PULSE Reflex permite efectuarea unei analiză completă prin corelare vizuala și numerica a celor doua modele (Test vs. FEM , Test vs. Test sau FEM vs. FEM) pentru a identifica deficiențele în experiment și domenii cu modelare insuficientă în modelele de element finit.

Analiza corelațiilor poate fi de asemenea utilizat pentru a adăuga informații care pot fi numai măsurate sau simulate. De exemplu, se poate adăuga valoarea amortizarii la modurile analitice prin utilizarea valorilor de amortizare obtinute la incercare și poate fi pus la scară formele modurilor de vibratii la Analiza Modala Operaționala folosind formele din model analitic. Alte utilizări ale analizei de corelație includ detectarea daunelor prin corelarea rezultatelor.

Beneficii corelarii testare și analiză:

• rezultatele FEA pot fi utilizate pentru optimizarea testul experimental

• sunt utilizate metode numerice-analitice mixte pentru a identifica rapid și fiabil proprietăți altfel doar aproximativ cunoscute (de exemplu, rigiditate), proprietăți materiale, și de încărcare (testare non-distructivă). • Rezultatele testelor sunt utilizate ca date de referință pentru a valida și a rafina un model de elemente finite (localizare eroare, analiza de corelație, actualizare model).