Модальные испытания представляют собой процесс экспериментального определения параметров динамического поведения конструкции: частот собственных колебаний, коэффициентов демпфирования и форм колебаний.
Модальный анализ
Каждая конструкция обладает набором таких устойчивых форм колебаний (мод), которые определяют ее динамическое поведение. Задача модальных испытаний – найти этот набор мод, который адекватно описывает динамику вашей конструкции. Знание модальных характеристик необходимо во многих областях техники: авиации, космосе, машиностроении, приборостроении и строительстве и т.д.
С помощью набора приложений ПО Simcenter Testlab Structures и аппаратного обеспечения Simcenter SCADAS можно быстро выполнять модальные испытания как простых, так и сложных конструкций.
Вы сможете воспользоваться более чем 30-летним передовым опытом экспериментального модального анализа для оптимизации своих конструкций, начиная от испытания небольших изделий и заканчивая масштабными модальными испытаниями с несколькими сотнями измерительных каналов и десятками вибростендов.
Модальные испытания классифицируются по способам возбуждения конструкции, типу возбудителей, методике измерения и обработки данных.
Способы возбуждения конструкции:
гармоническое возбуждение на дискретных частотах;
периодическое возбуждение с линейной частотной модуляцией;
гармоническое возбуждение со сканированием частоты;
периодическое импульсное возбуждение;
стационарное случайное возбуждение;
периодическое случайное возбуждение.
псевдослучайное возбуждение;
Типы возбудителей:
электродинамический (вибростенд)
В этом случае конструкция возбуждается через тонкий стержень – стингер, как это показано ниже, либо присоединяется к конструкции.
акустические (звук)
В этом случае конструкция возбуждается через колебания воздушной массы, которые формируются специальными звуковыми динамиками или устройствами типа горна.
ударные возбудители (модальный молоток)
Конструкция в выбранных точках многократно возбуждается специальным молотком, со встроенным датчиком силы, измеряющим силу удара. При ударе в конструкции возбуждаются колебания в широком спектре частот.
Перечень решаемых нами задач:
Классический модальный анализ
Операционный модальный анализ
Тензометрический модальный анализ
Порядковый операционный модальный анализ
Наземные частотные испытания
Классический модальный анализ используется для определения модальных параметров конструкций в контролируемых граничных условиях с использованием ударного или вибрационного возбуждения.
При классическом подходе в процессе проведения модальных испытаний проводятся измерения виброускорений, реализуемых на конструкции исследуемого объекта, и силовых факторов, приходящих на конструкцию от системы нагружения, после чего рассчитываются АЧХ в размерности «отклик/сила» как функция частоты. Далее с использованием полученных АЧХ вычисляются параметры собственных мод колебаний: собственные частоты, коэффициенты демпфирования и формы колебаний.
Операционный модальный анализ (ОМА) используется вместо классического модального анализа для определения модальных параметров конструкций в реальных условиях эксплуатации и в ситуациях, когда искусственное возбуждение конструкции затруднено или невозможно. В этом случае измеряется только отклик в виде виброускорений.
Данный метод удобно использовать в случае испытаний конструкций, возбуждение которых может привести к разрушению, либо возбуждение которых затруднительно из-за высокой массы самой конструкции. Многие строительные и механические конструкции трудно возбудить искусственно из-за их физических размеров, форм или расположения. В данном случае строительные конструкции нагружаются внешними силами, к примеру волнами, воздействующими на морские конструкции, ветром, воздействующим на здания, движением автомобилей по мостам и т.п. Механические конструкции, такие как самолеты, транспортные средства, корабли и различные механизмы во время работы сами генерируют широкополосные вибрации.
Операционный модальный анализ может использоваться при летных испытаниях.
При тензометрических испытаниях измеряются динамические деформации конструкции с помощью тензодатчиков с целью определения собственных частот и форм колебаний, выраженных в относительных деформациях или напряжениях.
Тензодатчики используются в случае, когда важное значение имеет масса датчиков, которыми препарируется объект испытаний. Вес акселерометров может вызвать искажения в определяемом модальном портрете, особенно в случае, если сама масса объекта невысокая, к примеру лопатка компрессора, либо турбины. При использовании тензодатчиков подобных сложностей не возникает ввиду их малого веса.
Данный вид испытаний применяется для вращающихся машин, и частота в этом случае заменяется порядками оборотов. При этом способе определения мод одним из параметров является порядок вместо частоты. Возбуждающая сила при этом также не измеряется и является следствием разбаланса массы вращающихся роторов. Ниже показан пример порядкового анализа модели коробки передач. Ниже показан процесс порядкового модального анализа модели коробки передач.
Этот вид испытаний выделяется тем, что является очень масштабным с точки зрения объектов испытаний и задействованного в процессе испытаний оборудования. Наземные частотные испытания (или Ground Vibration Testing) производятся с целыми летательными аппаратами, которые «вывешиваются» на специальных подвесах или опорах, и затем возбуждаются большим количеством вибростендов во многих точках. При таких испытаниях мы используем многоканальные измерительные системы, которые одновременно управляют разными режимами возбуждения. Испытания позволяют определить набор мод собственных колебаний конструкции объекта исследований в целях подтверждения границ области возникновения флаттера и установить безопасный диапазон полетных параметров перед выполнением первого испытательного полета.
Наземные частотные испытания являются обязательными для новых ЛА и для существующих ЛА, которые подвергаются модификации.
