Determinazione e la visualizzazione dei modelli di vibrazione
L'analisi ODS riguarda la determinazione e la visualizzazione dei modelli di vibrazione delle strutture in condizioni operative. Questi modelli di vibrazione - forme di deflessione - sono mostrati a diverse frequenze, ordini o istanze temporali come una geometria animata che rappresenta le deflessioni strutturali, così come elencati in tabelle di forma per i vari punti e direzioni (DOF) sulla geometria. I valori di vibrazione sono indicati come accelerazione, velocità o spostamento, con picco, picco-picco o scala RMS, e in unità SI o imperiali.
Le condizioni operative possono essere definite, ad esempio, dalla velocità di rotazione di varie parti di una macchina e dal carico, pressione e flusso a cui la macchina o la struttura è esposta. La modifica delle condizioni comporterà diversi modelli di vibrazione.
I segnali di vibrazione osservati contengono una combinazione della funzione di forzatura esterna che agisce sulla struttura, delle forze generate internamente e delle proprietà dinamiche della struttura definite dai suoi parametri modali. Alle risonanze, le forze sono significativamente amplificate, portando a grandi livelli di vibrazione.
Questo può portare a tutto, dal disagio alla guida di un'auto ai danni strutturali con conseguenze disastrose come i crolli di aerei e ponti. Di conseguenza, l'identificazione delle frequenze di risonanza strutturale e il modo in cui le forze le eccitano è uno scenario d'uso molto tipico per l'analisi ODS.
Nell'analisi ODS osserviamo l'output di una struttura X i (ω) in vari DOF. Le forze esterne e interne F (ω) e le funzioni di risposta in frequenza H (ω) che rappresentano le proprietà dinamiche della struttura non vengono misurate.
Misurare la vibrazione e visualizzare le forme di deflessione in funzione del tempo o a frequenze o ordini specifici dà una migliore comprensione di un potenziale problema o considerazione di progettazione piuttosto che guardare semplicemente i livelli di vibrazione misurati. E come tale, aiuta gli ingegneri a trovare soluzioni più ottimali. Di conseguenza, l'analisi ODS è spesso il primo passo verso la dinamica strutturale per molti utenti.
Utilizzare scenari per l'analisi ODS
Poiché si misura solo l'output della struttura, l'analisi ODS può essere eseguita su qualsiasi struttura (lineare o non lineare), eccitata con qualsiasi tipo di segnale (ad esempio, stazionario, quasi stazionario o non stazionario) e avere qualsiasi tipo di condizione limite (da libero a fisso). Questo rende l'analisi ODS molto facile da usare. A differenza delle prove modali, non è richiesta alcuna analisi preliminare per selezionare i segnali di eccitazione e le condizioni limite corrette e, durante la misurazione, non viene applicata alcuna eccitazione artificiale in ingresso utilizzando martelli a impatto o eccitatori modali. Tuttavia, poiché non viene creato alcun modello come nei test modali, non è possibile prevedere le risposte alle vibrazioni in altre condizioni. Quindi, se le condizioni cambiano, devi misurare di nuovo.
L'uso dell'analisi ODS è vario. Dalla verifica del progetto, impostazione del target e benchmarking, alla risoluzione dei problemi, al controllo della qualità e al monitoraggio dello stato delle macchine. Gli scenari di utilizzo tipici includono:
- Convalida delle previsioni FEM da simulazioni di risposta forzata confrontandole con i dati ODS misurati
- Confronto dei valori misurati di rumore e vibrazione con i valori
- Garantire che le risonanze strutturali non siano eccitate e che non si verifichino velocità critiche
- Identificazione e separazione dei fenomeni rotazionali e strutturali di rumore e vibrazioni provenienti rispettivamente da parti rotanti e fisse
- Relazionare le radiazioni acustiche alle vibrazioni strutturali
- Ridurre il rumore eccessivo e le vibrazioni
- Indagine sull'usura della macchina con conseguente, ad esempio, sbilanciamento, disallineamento dell'albero e tintinnio
- Analisi di fenomeni transitori come colpi di porta, esplosioni, lanci e colpi di fuoco, crash e caduta
- Analisi delle macchine funzionanti a velocità costante o leggermente variabile
- Analisi di sistemi non lineari ed esecuzione di analisi di frequenza-variante, come ad esempio il run-up/down del motore
- Monitoraggio delle strutture di ingegneria civile caricate da forze ambientali, come onde su strutture offshore, carico eolico sugli edifici e effetti del carico di traffico sui ponti
Tipi di analisi ODS
L'analisi ODS è tipicamente divisa in tre gruppi:
- Tempo ODS Time ODS viene utilizzato per indagare il modello di vibrazione di una struttura in funzione del tempo. Time ODS include tutte le frequenze nella gamma di frequenze analizzate ed è molto utile per mostrare un ODS complessivo in un dato momento per segnali stazionari o non stazionari, come i segnali transitori.
- ODS spettrali L'ODS spettrale viene utilizzato per studiare il modello di vibrazione di una struttura per specifici componenti di frequenza o ordine. Per le indagini sui componenti di frequenza, viene utilizzata l'analisi FFT e le condizioni devono essere stazionarie. Per le indagini sui componenti dell'ordine, viene utilizzato il tracciamento dell'ordine e le condizioni possono essere leggermente stazionarie, ad esempio un regime leggermente variabile del motore. Le ODS di diversi componenti spettrali vengono successivamente estratte, mostrate in una tabella di forma e animate.
- ODS non stazionari L'ODS non stazionario viene utilizzato per studiare il modello di vibrazione di una struttura per specifici componenti di frequenza o ordine in funzione della velocità di rotazione o del tempo. I risultati si basano sull'analisi FFT o sul tracciamento degli ordini. L'ODS non stazionario è molto utile per identificare il comportamento di rumore e vibrazione correlato alla rotazionale e quale alle parti fisse delle macchine in esecuzione. ODS run-up/down, in cui un motore è acceso su e giù, è una variante utilizzata frequentemente di ODS non stazionari.
Analisi BK Connect Time ODS di un telaio auto. Un intervallo di tempo può essere selezionato e traslato durante l'animazione dei modelli di vibrazione. Un fattore di decimazione può essere applicato per saltare i campioni. La vibrazione ai vari DOF può essere salvata in istanze di tempo discreto in una tabella delle forme.
Strumentazione per analisi ODS
Poiché viene misurata solo la produzione della struttura/macchina, la strumentazione per l'analisi ODS è relativamente semplice ed economica. Consiste in un sistema di acquisizione dati con hardware, software di misurazione e analisi, trasduttori di risposta (tipicamente accelerometri) e potenzialmente una sonda tacho. La sonda tacho è necessaria se si esegue l'analisi ODS su macchine con velocità leggermente variabili, dove è necessario eseguire il tracciamento dell'ordine per evitare sbavature di frequenza. Oppure potresti aver bisogno di una sonda tacho per annotare i test di run-up/down con i tag RPM, anche se il tracciamento degli ordini non viene eseguito.
I sistemi per l'analisi ODS spaziano da semplici sistemi a 2 canali che utilizzano accelerometri vaganti a sistemi con centinaia di accelerometri per la misurazione su strutture complesse con tutti i DOF misurati simultaneamente.
Poiché le vibrazioni misurate in un test ODS sono spesso sconosciute, è importante prestare particolare attenzione ad evitare sovraccarichi e situazioni di sottoportata. Molto si può fare facendo costantemente le esecuzioni di prova e cambiando gli attenuatori di ingresso di conseguenza. Ma per una maggiore efficienza e qualità dei dati, la soluzione migliore è quella di utilizzare un sistema di acquisizione dati con una gamma dinamica elevata che corrisponda ai trasduttori utilizzati.
Inoltre, quando si eseguono test ODS su grandi strutture come grandi macchine, navi, treni, ponti ed edifici, il compito di cablaggio può essere immenso. Per ridurre i costi di cablaggio, semplificare la configurazione dei test ed eliminare il rischio di errori, può essere molto vantaggioso utilizzare hardware di acquisizione dati distribuibile che può essere posizionato vicino ai punti di misura e collegato tramite semplici cavi LAN standard o wireless.
Quando si eseguono test ODS su strutture di grandi dimensioni, i primi modelli di vibrazione di interesse potrebbero essere a frequenze piuttosto basse, vicine a 0 Hz. Di conseguenza, sia l'hardware di acquisizione dati che gli accelerometri devono supportare misure fino a CC in questi casi.
Per quanto riguarda gli accelerometri, molti dei requisiti per altri test strutturali come i test modali si applicano anche qui. Parametri da considerare vanno dalla gamma dinamica, gamma di frequenze e sensibilità, a peso ridotto per evitare carichi di massa e facile montaggio utilizzando accessori come clip e basi. Potrebbero applicarsi anche requisiti specifici quali la gamma di temperature elevate, la tenuta ermetica, la robustezza, ecc.
Soluzioni HBK
HBK offre soluzioni complete per tutti e tre i tipi di analisi ODS: dagli accelerometri alle sonde tacho, ai sistemi di acquisizione dati con hardware e software di misura e analisi. I nostri sistemi di acquisizione dati sono basati sul nostro hardware LAN-XI, che può essere configurato come un unico front-end o come sistemi distribuiti, e sul nostro software BK Connect incentrato sull'utente.
L'analisi ODS è una delle numerose applicazioni complementari all'interno della dinamica strutturale. HBK offre anche soluzioni complete per l'analisi modale classica, l'analisi modale operativa, la correlazione dei modelli, il monitoraggio strutturale dello stato e l'analisi della risposta agli urti.
Per saperne di più e guarda le nostre registrazioni webinar sull'analisi ODS e altre applicazioni di dinamica strutturale, e scopri come possiamo aiutarti:
