Dinámica estructural

Dinamiche strutturali

Tutte le strutture grandi e piccole sono soggette a forze fisiche che influenzano le loro prestazioni. Che si parli di una pala di un generatore eolico che vibra nel vento su una piattaforma offshore o di una struttura di ingegneria civile sottoposta al traffico pedonale, queste forze mettono alla prova l’integrità delle strutture stesse. Le strutture devono essere resistenti e abbastanza rigide, tuttavia un eccesso costruttivo può essere sia costoso che superfluo, specialmente quando il peso è un problema. Alcune strutture, come i supporti di un motore, non devono essere eccessivamente rigide: devono assorbire le vibrazioni e massimizzare il comfort.  Comprendere il comportamento delle strutture sotto sforzo è ciò che permette ai progettisti di ottimizzare i loro calcoli, monitorare l’integrità strutturale e massimizzare le prestazioni.

Caratterizzazione della struttura

Per comprendere il comportamento di una struttura, occorre analizzare il modo in cui reagisce alle forze. Sollecitando la struttura con un martello o uno shaker e misurando la sua risposta con gli accelerometri, si possono caratterizzare i suoi modi e le sue frequenze naturali di risonanza. Tecniche come l’analisi modale operativa (OMA - Operational Modal Analysis) e l’analisi della deflessione operativa (ODS - Operating Deflection Shape) vengono impiegate durante il funzionamento della struttura, consentendo di ottenere un quadro realistico senza dover applicare artificialmente delle sollecitazioni alla struttura stessa.

Importare modelli di progetto a elementi finiti

Poiché le strutture sono spesso progettate usando modelli a elementi finiti (FE), è utile essere in grado di poter comunicare agevolmente con i modelli (FE) e il Software sperimentale (OMA, ODS). L’importazione di modelli di progetto FE consente di creare modelli di prova più semplici, altamente accurati e ottimizzare il posizionamento  degli accelerometri. I programmi di modellazione FE prevedono e simulano il comportamento dinamico di una struttura, ma risulta necessario un confronto con i dati reali, per una corretta validazione del modello. Essere in grado di importare facilmente i dati di prova nei modelli FE è un passo fondamentale per velocizzare la fase dei test strutturali.

Nell’analisi della forma di deflessione operativa (OMA) viene misurato solo il segnale d’uscita di una struttura, usando l’ambiente e le forze di funzionamento come ingresso non misurato. L’analisi OMA sostituisce l’analisi modale classica, per ottenere una più precisa identificazione modale in condizioni di funzionamento reali e in situazioni dove è difficile o impossibile sollecitare artificialmente la struttura. Molte strutture di ingegneria civile o meccanica non possono essere sollecitate artificialmente per via della loro conformazione, dimensione o posizione fisica. Le strutture di ingegneria civile sono anche sollecitate da forze ambientali come le onde marine su impianti offshore, il vento su fabbricati e il traffico su ponti, mentre le strutture meccaniche come aeroplani, veicoli e macchinari in genere sono esposti a vibrazioni autogenerate durante il loro funzionamento.

L’analisi OMA utilizza le forze reali operative, che produrrebbero risultati poco attendibili con l’impiego dall’analisi modale classica, sono invece sfruttate come forze d’ingresso sperimentali. L’analisi OMA può essere eseguita in loco durante il normale funzionamento della macchina o della struttura, i tempi di setup e i tempi inattivi vengono ridotti rispetto ad un’analisi modale classica.

Consigli sul sistema

Operating deflection shapes analysis system overview

Per un sistema integrato di analisi e verifica modale basato su PULSE, si consiglia di usare il software Modal Test Consultant™ di PULSE, per l’acquisizione dati con geometria guidata, trasferire i dati al software Analisi modale durante il funzionamento per eseguire l’analisi e la convalida. Per avere una soluzione ottimale, potrete selezionare la completa catena di misura di Brüel & Kjær, che include gli accelerometri, i martelli da impatto, i trasduttori di forza, i sistemi di sollecitazione modale, l’hardware di acquisizione dati LAN-XI e il software di misura e post-elaborazione.I sistemi OMA di Brüel & Kjær sono potenziabili, sia come hardware che come software. Il software è disponibile in tre versioni – Light, Standard e Pro, che differiscono principalmente per il numero di tecniche di misura e analisi disponibili 

> Structural Dynamic Test Consultants

> Miniature CCLD Accelerometer Type 4507

>Miniature DeltaTron Accelerometer Type 4508

> Piezoelectric Accelerometer, Miniature Triaxial CCLD Accelerometer Type 4524

> Piezoelectric Accelerometer, Miniature Triaxial CCLD Accelerometer, TEDS, Type 4524-B

> CCLD Laser Tacho Probe - MM-0360 (scheda tecnica)

Con l’analisi modale classica si ottiene un modello del comportamento dinamico di una struttura sollecitata da forze artificali note e determinando il rapporto tra risposta/eccitazione.
L’analisi modale classica può essere utilizzata per prove di mobilità semplice, utilizzando martelli da impatto, alle prove multi-shaker per grandi strutture.
I risultati sono usati in un’ampia gamma di applicazioni tra cui l’identificazione, la risoluzione di problemi e la diagnostica, il benchmarking, gli studi di simulazione e l’ottimizzazione dei progetti.
Le nostre soluzioni di analisi modale forniscono una guida completa attraverso il setup, la misura e l’analisi in passaggi semplici e intuitivi, garantendo risultati precisi e affidabili anche nelle situazioni più complesse, con una serie mirata di parametri e strumenti di validazione di massima efficacia. Le nostre soluzioni possono essere aggiornate per adeguarle alle nuove o alle diverse esigenze.

Consigli sul sistema

Classical modal analysis system overview

Le nostre soluzioni di analisi modale classica basate su PULSE ricoprono l’intera catena di misura e di analisi, tra cui gli accelerometri e i trasduttori di forza, i martelli da impatto, i sistemi di sollecitazione modale, l’hardware di acquisizione dati LAN-XI e il software per la misura, l’analisi e l’integrazione test-FEA di PULSE Reflex.

University of Windsor, Canada - Reflex Modal Analysis (esempi di applicazioni)

How to Determine the Modal Parameters of Simple Structures (note applicative)

Modal Analysis using Multi-reference and Multiple-Input Multiple-Output Techniques (note applicative)

Structural Testing - Part 1 (vademecum)

Structural Testing - Part 2 (vademecum)

> PULSE Reflex Measurements 

> PULSE Reflex Modal Analysis

> PULSE Reflex Advanced Modal Analysis

L’analisi della forma di deflessione operativa (ODS) è un’applicazione molto versatile per la determinazione e visualizzazione delle modalità delle vibrazioni dei macchinari e delle strutture in diverse condizioni di funzionamento. I modi di vibrare vengono rappresentati come modelli geometrici animati che visualizzano la risposta sulla struttura stessa delle forze applicate e ne evidenziano le proprietà dinamiche.
Le forze che agiscono sulla struttura possono essere determinate dalle condizioni di funzionamento, che per i macchinari può essere influenzata da fattori come la velocità del motore, il peso, la pressione e la temperatura. Per le strutture di ingegneria civile, si possono applicare le forze ambientali come il vento, le onde e il traffico.

L’analisi ODS può essere divisa in tre tipi – ODS temporale, ODS spettrale e ODS di accelerazione/decelerazione.
I sistemi di analisi ODS di Brüel & Kjær forniscono un approccio completamente guidato partendo dal setup, passando per la misura, la validazione e l’animazione del modello per ogni tipo di struttura analizzata. Consentono l’analisi in tempo reale oppure la post-elaborazione dei dati temporali acquisiti durante la prova

Consigli sul sistema

Operational modal analysis system overview

Il software Operating Deflection Shapes Test Consultant™ (ODSTC) integra la piattaforma multi-analisi PULSE in una soluzione di verifica veloce e completa, che comprende l’intera catena di misura e di analisi.

Subspace Algorithms in Modal Parameter Estimation for Operational Modal Analysis: Perspectives and Practices (materiale per conferenze)

Parameter Estimation algorithms in Operational Modal Analysis: A Review (materiale per conferenze)

A Modal Appropriation based method for Operational Modal Analysis (materiale per conferenze)

Operational modal analysis on wind turbine blades (esempi di applicazioni)

> Miniature CCLD Accelerometer Type 4507

> Miniature DeltaTron Accelerometer Type 4508

> Piezoelectric Accelerometer, Miniature Triaxial CCLD Accelerometer Type 4524

> Piezoelectric Accelerometer, Miniature Triaxial CCLD Accelerometer, TEDS, Type 4524-B

> Triaxial CCLD Accelerometer Type 4529-B

> Piezoelectric Accelerometer, Seismic CCLD Accelerometer Type 8340

> Piezoelectric Accelerometer, CCLD Accelerometer - Type 8344

 

 

La simulazione virtuale ha notevolmente accelerato il processo di sviluppo complessivo dei velivoli. Tuttavia, la verifica fisica rimane uno step essenziale per la convalida dei modelli e per la comprensione delle caratteristiche strutturali dei nuovi materiali e dei processi produttivi. La verifica delle vibrazioni su velivoli a terra (GVT) è un metodo economico per determinare i parametri e le forme modali di una struttura e viene in genere eseguita molto tardi nel processo di sviluppo. Il risultato viene utilizzato per aggiornare il modello analitico del velivolo e per prevedere la velocità flutter (sventolio) critica.

Quest’ultima viene usata per la prova di flutter del velivolo, allo scopo di ottenere la certificazione di aeronavigabilità, per rilevare possibili difetti strutturali e risolvere i problemi legati al controllo aerodinamico del volo.

La verifica GVT risulta obbligatoria per i nuovi velivoli o per gli aerei esistenti che subiscono modifiche.

Consigli sul sistema

Ground vibration testing system overview

Un sistema tipico GVT consiste di shaker per la sollecitazione, di accelerometri per l’analisi strutturale e di un hardware di acquisizione dati. La post-elaborazione viene eseguita con il software Analisi modale di PULSE Reflex. Basato su un modello FE (elemento finito) dell’oggetto di prova, viene definita la geometria del modello. Il modello FE fornisce anche le basi per un’analisi di pre-verifica, per definire la sollecitazione e i DOF (Degree-Of-Freedom, Grado di libertà) di risposta e le modalità di destinazione.
Questo sistema è adattabile alle diverse dimensioni dell’oggetto di prova, in particolare per oggetti di grandi dimensioni, l’hardware di acquisizione dati LAN-XI può essere distribuito al fine di minimizzare il cablaggio. 

> PULSE Modal Test Consultant

> PULSE Reflex Modal Analysis Type 8721-A

> Modal exciter type 4824

Piezoelectric CCLD accelerometer Type 4507-B

> LAN-XI data acquisition hardware

> Test for I-deas

L’integrazione tra verifica e l’analisi di elementi finiti (FEA) è una disciplina di base dell’analisi strutturale. Questa integrazione contribuisce a ridurre i costi di sviluppo, la quantità di prototipi e i tempi che intercorrono tra il concetto e la produzione, tutto ottimizzando le strategie di collaudo delle strutture e migliorando lo sviluppo di modelli FE. Utilizzando tali modelli, si potranno ottimizzare le prove strutturali e in migliorare i modelli FE utilizzando i risultati ottenuti precedente. PULSE Reflex offre gli strumenti necessari per acquisire la confidenza idonea a valutare i risultati di verifica e di simulazione, per migliorare le competenze tecniche, di giudizio per agevolare i tecnici, gli analisti e la direzione aziendale.

Consigli sul sistema

Test-FEA integration system overview

PULSE Reflex offre una piattaforma per le misure strutturali e per la correlazione dei modelli FE.
I modelli FE possono essere importati dai principali programmi FEA, come Nastran® (MSC, NX, NEi), ANSYS® e ABAQUS® nell’analisi modale di PULSE Reflex, per l’esecuzione di piani di verifica (analisi di pre-verifica) e convalide.
L’analisi di correlazione: PULSE Reflex consente di eseguire un’analisi di correlazione completa di due modelli modali, per compensare incompletezze dei dati nelle zone di insufficiente qualità dei modelli FE.

PULSE Reflex Structural Dynamics (opuscoli)

PULSE Reflex Correlation Analysis and Finite Element Interfaces

> PULSE Reflex Modal Analysis

> PULSE Reflex Measurements

> Structural Dynamic Test Consultants, Modal Test Consultant and Operating Deflection Shapes Test Consultant

> Operational Modal Analysis

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