Analiza modalna w warunkach laboratoryjnych i podczas eksploatacji w warunkach naturalnych

Badania modalne w warunkach laboratoryjnych i podczas eksploatacji są dziś powszechnie stosowanymi technikami pomiarowymi. Ich zadaniem, celem, jest określanie dynamicznych właściwości konstrukcji mechanicznych. Wyjaśnijmy prostym językiem, po co właściwie wykonuje się analizę modalną i dlaczego czasem odbywa się to warunkach laboratoryjnych, a czasem w warunkach naturalnych.

Analiza modalna w warunkach laboratoryjnych – analiza eksperymentalna

Gdy mówimy o analizie modalnej w warunkach laboratoryjnych, mówimy o tzw. analizie eksperymentalnej. Wyjściowym wynikiem zarówno eksperymentu, jak i badania eksploatacyjnego, jest model modalny, który opisuje konstrukcję mechaniczną, składający się ze zbioru postaci drgań własnych, częstości drgań własnych i współczynników tłumienia. Wyniki pozwalają określać zachowania konstrukcji przy różnych wymuszeniach, dobierać odpowiednie sterowania w aktywnych metodach ograniczania drgań, a docelowo modyfikować konstrukcję tak, by osiągnąć żądaną charakterystykę dynamiczną. W eksperymentalnej analizie modalnej badany układ musi spełniać konkretne warunki i założenia, które można opisać w kilku punktach:

• układ jest liniowy, jego dynamikę można opisać liniowym układem równań różniczkowych zwyczajnych lub cząstkowych,
• układ spełnia zasadę wzajemności Maxwella,
• tłumienie w układzie jest niewielkie, opcjonalnie proporcjonalne do masy sprężystości,
• układ jest obserwowalny (mamy możliwość dokonywania interesujących nas pomiarów).

Jak mówią nam przedstawiciele firmy EC TEST Systems z Krakowa, która specjalizuje się w dostarczaniu rozwiązań pomiarowych, diagnostycznych i symulacyjnych z zakresu drgań i akustyki, choć całe zagadnienie może się wydawać nieco skomplikowane, to do analizy modalnej wykorzystuje się stosunkowo proste narzędzia: młotki modalne, ewentualnie wzbudniki drgań. Potrzebne są też czujniki piezoelektryczne.

Analiza eksploatacyjna w warunkach naturalnych

Jeśli analiza modalna jest przeprowadzana w warunkach naturalnych, mówimy o eksploatacyjnej analizie modalnej. Wybór właściwej metody analizy modalnej zależy głównie od jej konkretnego zastosowania, od tego, co badamy i co chcemy osiągnąć. W laboratorium nie mamy żadnych zakłóceń, jednak możemy mieć problem z odtworzeniem naturalnych warunków badanych obiektów. Badamy przeróżne rzeczy – od drukowanych płytek i twardych dysków po konstrukcje mostów, budynków, czy nawet statków. Już ta krótka lista przykładowych elementów, które są poddawane analizie modalnej, wyraźnie sugeruje nam, że nie zawsze badania mogą się odbywać w laboratorium, a czasem po prostu lepiej jest przeprowadzać badania w naturalnych warunkach eksploatacyjnych. Ot cała tajemnica tego, dlaczego mówimy o dwóch rodzajach badań modalnych.