ODS-Analyse - ein leistungsstarkes Diagnosetool für das Verständnis von Strukturverhalten
Die ODS-Analyse (Analyse von Betriebsschwingformen) ist eines der beliebtesten Werkzeuge in der Strukturdynamik. Sie bietet sehr hilfreiche Informationen für das Verständnis des dynamischen Verhaltens von Strukturen, die angewendeten Techniken sind leicht zu verstehen, da keine komplizierte Mathematik beteiligt ist, sie ist anwenderfreundlich und kann mit relativ einfachen Mitteln durchgeführt werden. Mit BK Connect können Sie alle drei Arten von ODS-Analysen durchführen: Zeitbereichs-ODS, Spektral-ODS und Nicht-stationäre ODS.
Was ist ODS-Analyse – Analyse von Betriebsschwingformen?
Anwendungsszenarien für die ODS-Analyse
- Validierung von FEM-Vorhersagen aus Simulationen erzwungener Antworten durch Vergleich mit gemessenen ODS-Daten
- Vergleich von gemessenen Schall- und Schwingungswerten mit Referenzwerten
- Verhinderung der Anregung struktureller Resonanzen und des Auftretens kritischer Drehzahlen
- Bestimmung und Isolation von Körperschall- und Schwingungsphänomenen, die von drehenden bzw. feststehenden Teilen ausgehen
- In-Beziehung-Setzen von Schallabstrahlung und Strukturschwingungen
- Reduzierung von übermäßigen Geräuschen und Schwingungen
- Untersuchung von Maschinenverschleiß, der zum Beispiel zu Unwucht, Wellenversatz und Rasseln führt
- Analyse von transienten Phänomenen wie dem Zuschlagen von Türen, Explosionen, Starts und Zündung, mechanischen Impulsen durch Zusammenstöße oder Abstürze
- Analyse von Maschinen mit konstanter oder leicht variierender Geschwindigkeit
- Analyse nichtlinearer Systeme und Durchführung von Frequenzvariantenanalysen wie z. B. Hoch- und Runterlaufen von Motoren
- Überwachung von Bauwerken, die durch Umgebungskräfte belastet sind, wie Wellen auf Offshore-Strukturen, Windlast auf Gebäude und Verkehrsbelastungen auf Brücken
ODS-Analysetypen
Die ODS-Analyse wird in der Regel in drei Gruppen unterteilt:
- Zeitbereichs-ODS
Die Zeitbereichs-ODS wird verwendet, um das Schwingungsmuster einer Struktur als Funktion der Zeit zu untersuchen. Die Zeitbereichs-ODS umfasst alle Frequenzen im analysierten Frequenzbereich und ist sehr nützlich, um ein Gesamt-ODS zu einem bestimmten Zeitpunkt für stationäre oder nicht-stationäre Signale, wie z. B. transiente Signale, zu zeigen. - Spektral -ODS
Die Spektral-ODS wird verwendet, um das Schwingungsmuster einer Struktur auf bestimmte Frequenz- oder Ordnungsanteile hin zu untersuchen. Für die Untersuchung von Frequenzanteilen wird die FFT-Analyse verwendet und die Bedingungen müssen stationär sein. Bei Untersuchungen der Ordnungsanteile wird die Ordnungsanalyse eingesetzt, und die Bedingungen können quasi-stationär sein, zum Beispiel eine leicht variierende Motordrehzahl. Die Betriebsschwingformen verschiedener Spektralanteile werden anschließend extrahiert, in einer Schwingformentabelle dargestellt und animiert. - Nicht-stationäre ODS
Die Nicht-stationäre ODS wird verwendet, um das Schwingungsmuster einer Struktur für bestimmte Frequenz- oder Ordnungsanteile in Abhängigkeit von Drehzahl oder Zeit zu untersuchen. Die Ergebnisse basieren auf der FFT-Analyse oder der Ordnungsanalyse. Die Nicht-stationäre ODS ist sehr nützlich, um zu festzustellen, welches Schall- und Schwingungsverhalten mit drehenden und welches mit feststehenden Bauteilen laufender Maschinen zusammenhängt. Up/Down-ODS ist eine häufig verwendete Variante der Nicht-stationären ODS beispielsweise von Motoren.
Ein Zeitbereich kann ausgewählt und durchlaufen werden, während die Schwingungsmuster animiert werden. Zum Überspringen von Proben kann ein Reduktionsfaktor angewendet werden. Die Schwingung mit den unterschiedlichen Freiheitsgraden kann zu einzelnen Zeitpunkten in einer Schwingformentabelle gespeichert werden.
Schwingformen werden durch Auswahl von Frequenzen/Ordnungen in den Spektren animiert und die Schwingungsmuster werden für einfaches Abrufen und Vergleichen in einer Schwingformentabelle dokumentiert. Die Schwingung mit den unterschiedlichen Freiheitsgraden kann als Beschleunigung, Geschwindigkeit oder Weg mit Peak-, Peak-to-Peak- oder RMS-Skalierung angezeigt werden. Es können SI- oder imperiale Einheiten verwendet werden.
Betriebsschwingformen werden animiert durch Auswahl von Kombinationen aus Frequenz/Ordnung und Drehzahl/Zeit in einem Konturplot. In diesem Fall wird eine FFT-basierte Up-ODS verwendet, bei der die schrägen Linien Ordnungen und die vertikalen Linien Strukturresonanzen darstellen. Wie bei der Spektral-ODS können die Schwingungsmuster in einer Schwingformentabelle dokumentiert werden.
Instrumentierung für die ODS-Analyse
Da nur die Ausgabe der Struktur/Maschine gemessen wird, ist die Instrumentierung für die ODS-Analyse relativ einfach und kostengünstig. Sie besteht aus einem Datenerfassungssystem mit Hardware, Mess- und Analysesoftware, Referenzaufnehmern (in der Regel Beschleunigungssensoren) und möglicherweise einer Tachometersonde. Die Tachometersonde ist erforderlich, wenn Sie eine ODS-Analyse an Maschinen mit leicht variierenden Drehzahlen durchführen und eine Ordnungsanalyse erforderlich ist, um ein „Verschmieren“ der Frequenz zu vermeiden. Oder Sie könnten eine Tachometersonde benötigen, um Up/Down-Tests mit RPM-Tags zu beschriften, auch wenn keine Ordnungsanalyse durchgeführt wird.
Beispiel für ein ODS-System, bestehend aus Beschleunigungssensoren, Tachometersonde
und Hardware und Software zur Datenerfassung..
Auch für Beschleunigungsaufnehmer gelten viele der Anforderungen, die an andere Strukturtests wie Modaltests gestellt werden. Zu berücksichtigende Parameter reichen von Dynamikbereich, Frequenzbereich und Empfindlichkeit bis hin zu geringem Gewicht, um Überlast zu vermeiden, und eine einfache Montage mit Zubehör wie Clips und Sockel. Ebenso kann es spezifische Anforderungen wie hoher Temperaturbereich, hermetische Abdichtung, Robustheit usw. geben.
Lösungen von HBK
HBK bietet Komplettlösungen für alle drei Arten der ODS-Analyse – von Beschleunigungssensoren und Tachometersonden über Datenerfassungssysteme mit Hardware bis hin zu Mess- und Analysesoftware. Unsere Datenerfassungssysteme basieren auf unserer LAN-XI-Hardware, die entweder als einzelnes Front-End oder als verteilte Systeme konfiguriert werden kann, sowie auf unserer benutzerorientierten BK Connect-Software.
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