Dinámica estructural

结构动力学

所有大型和小型设备都会受到物理力的作用,从而影响其性能。从离岸风电场的风力发电机组叶片的振动,到土木工程结构在人流步行作用下发生变形,这些作用力将考验结构的整合性。即便如此,结构必须具有足够的弹性坚固性,但过度设计可能成为多余,且费用高昂,特别是要考虑到重量因素时。一些结构,例如发动机架,无需过度紧固。这些装置必须能吸收振动,以更大化提高舒适度。理解结构运动的特性,可使工程师优化其设计,监控结构性整合度,以及更大化改善性能高。

结构特性结构动力学表征

为了理解结构特性,我们需要分析其对于作用力反应的方式。通过使用锤子或振动器对结构施加作用力,并使用加速计测量其反应,您可了解其模式和自然共振频率的特性。运行模态分析(oma)和运行挠度分析(ods)等技术在结构处于运行状态时发挥作用,可使您获得真实的情况,而无需人工对结构施力。

导入无限元素设计模型

由于经常采用无限元素(FE)模型进行结构设计,具有和这些模型进行流畅通讯的结构将具有重要作用。通过导入详细FE设计模型,您可创建具有高度精准度的更简单的模型。这将帮助您在更佳位置放置加速计,以获得更佳结构。FE建模程序可预估和模拟产品的结构特性,但需要实际数据的辅助,已对其进行验证。能将测试数据轻松导回FE模型是结构测试的重要步骤。

为了理解结构特性,我们需要分析其对于作用力反应的方式。通过使用锤子或振动器对结构施加作用力,并使用加速计测量其反应,您可了解其模式和自然共振频率的特性。运行模态分析(oma)和运行挠度分析(ods)等技术在结构处于运行状态时发挥作用,可使您获得真实的情况,而无需人工对结构施力。

工作变形(ODS)分析,是一种非常普遍的应用,用于确定各种运行条件下机械和结构的振动形态。振动形态被显示为结构的动画几何模型,体现了作用于结构的力函数和结构的动态特性的组合作用。

力函数取决于运行条件,对于机械来说,会受到诸如发动机转速、载荷、压力、温度和流量等因素的影响。对于土木工程结构,也可能适用来自风、海浪和交通的环境力量。 ODS分析可以分为三种类型 - 时间ODS、频谱ODS和升/降速ODS。

Brüel & Kjær的可扩展ODS系统通过对每种ODS类型的设置、测量、验证和动画显示,可提供完整的指导,并允许实时分析或对时间历程信号进行后处理分析。

系统建议

Operating deflection shapes analysis system overview

作为一个高度集成的、易于使用的模态测试和分析系统, “BK Connect™结构测量 – 力锤和振动台”可按照几何特征进行数据采集,然后将数据传输到PULSE 运行模态分析软件进行分析和验证。 为了得到最优解,您可以从Brüel&Kjær的完整测量链中选用加速度计、力锤、力传感器、模态激励系统、LAN-XI数据采集硬件以及测量和后处理软件。

在经典模态分析中,通过用可测量的力激发结构并确定响应/激励比的方式获得结构的动力学行为模型。

经典模态分析的范围从用力锤进行的简单的频响测试到大型结构的多激振器测试。结果被广泛用于各种应用,包括故障排除和诊断、基准测试、仿真研究和设计优化。

我们的模态分析解决方案可以指导您通过简单直观的步骤来完成设置、测量和分析,并且即使在最苛刻的情况下,也能通过针对性的一流模态参数估计器和验证工具为您提供准确可靠的结果。我们的解决方案也是可扩展的,可以随着您的需求而增长。

系统建议

Classical modal analysis system overview

我们的经典模态分析解决方案覆盖了整个测量和分析链,包括加速度计和力传感器、力锤、模态激励系统、LAN-XI数据采集硬件和用于测量、分析及用于数据测量、模态分析和相关性分析的BK Connect软件。

虚拟仿真大大加快了飞机的整体开发过程。然而,物理测试仍然是模型验证和了解新材料和制造工艺结构特征的关键因素。飞机地面振动测试(GVT)是确定结构的模态参数和模态振型的比较经济的方法,通常是在开发过程的后期进行。测试结果用于更新飞机的分析模型和预测关键的惯性颤振临界速度。然后将其用作飞机颤振测试的输入,以获得其适航性认证和检测结构缺陷并排除飞行控制动态问题。

对于新飞机和进行改造的现有飞机,GVT是强制性的。

系统建议

Ground vibration testing system overview

典型的GVT系统包括用于激励的激振器、用于结构分析的加速度计以及LAN-XI数据采集硬件。后处理用PULSE Reflex模态分析软件进行。基于测试对象的有限元(FE)模型,可定义测试的几何模型。FE模型还为预测试分析提供了依据,用以定义激励和响应DOF(自由度)以及目标模态。

该系统是可扩展的,具体取决于测试对象的大小,尤其是对于较大的对象,可以用分布式的LAN-XI数据采集硬件来最大限度减少布线。

在运行模态分析(OMA)中,只测量结构的输出,而环境和运行力则未测量。在实际运行条件下很难或不可能人为激发结构的情况下,可用OMA代替经典模态分析进行准确的模态识别。许多土木工程和机械结构由于其物理尺寸、形状或位置的原因很难人为激发。土木工程结构也会受到环境力的作用,如作用于海上结构的波浪、作用于建筑物的风和作用于桥梁上的交通流量,而诸如飞机、车辆、船舶和机器等机械结构在运行期间都会呈现出自发的振动。在OMA中,这些在经典模态分析中产生错误结果的力被用作输入力。由于OMA可以在正常运行过程中就地执行,所以设置时间缩短,并且可以避免停机时间。

系统建议

Operational modal analysis system overview

作为集成的易用的基于PULSE的模态测试和分析系统,可用PULSE Modal Test Consultant™软件进行几何引导的数据采集,然后将数据传输到运行模态分析软件进行分析和验证。为了实现最佳解决方案,您可以从Brüel & Kjær的完整测量链中选择加速度计、力锤、力传感器、模态激励系统、LAN-XI数据采集硬件以及测量和后处理软件。

Brüel & Kjær的OMA系统是可扩展的,所以软硬件升级都非常容易。软件有三种版本 - Light版、Standard版和Pro版,主要区别在于它们提供的技术种类不同

Structures degrade over time due to use, harsh environmental conditions and accidental events. Using continuous, long-term Structural Health Monitoring (SHM) makes it possible to follow the structural state and determine the required health management of the structure such as organization of maintenance and repair.

SHM is a very important objective for end-users, manufacturers and maintenance teams as it:

  • Allows for optimal use of structures
  • Minimizes downtime
  • Can avoid catastrophic failures
  • Extends lifetime of structures
  • Helps improve design of structures
  • Helps optimize the organization of maintenance services

System Suggestion

Our SHM solutions cover the complete measurement and analysis chain. They include automatic data upload and processing, mode tracking, damage detection and drift analysis. Notification (alert) services such as visual, auditive, email and web services can be configured.

Our damage detection algorithms work in the physical domain using state space models instead of in the reduced modal domain. This gives a more robust detection with highest possible accuracy.

Video: Brüel & Kjær Structural Health Monitoring

Video: Structural Health Monitoring of a Wind Turbine Blade

Video: Predictive Structural Health Monitoring of Wind Turbine Blades

测试和有限元分析(FEA)的综合是结构分析的核心规则。综合测试和FEA有助于降低开发成本、减少物理原型数量、缩短从概念到生产的时间 - 所有这些都是通过优化结构的测试策略和改进有限元(FE)模型的开发实现的。使用基准FE模型,您可以在项目初期就优化结构测试,然后使用增强的测试结果改进这些有限元模型。

PULSE Reflex提供了强大的工具,可以获得更可信的测试和仿真结果,并提高测试工程师、分析人员和管理人员基本的工程判断能力。

系统建议

Test-FEA integration system overview

PULSE Reflex为FE模型相关和结构测量提供同一个平台。

FE模型可以从业内领先的FEA软件(如Nastran®(MSC,NX,NEi)、ANSYS®和ABAQUS®)导入PULSE Relfex模态分析软件中,用于执行测试计划(预测试分析)和验证。

PULSE Reflex相关分析可以对两种模态模型进行完整的相关分析,以发现模态测试中的缺点以及FE模型中任何模型质量不足的问题。

A single transient shock event such as pyroshock or a structural impact can damage components in a structural system. Similarly, earthquakes can cause catastrophic failures in bridges and buildings. And with any motion input into a system, the response can be amplified by structural resonances, increasing the damage. By calculating the shock response spectrum (SRS) it can be determined how shocks affect a structure.

System suggestion

Durability testing system overview

BK Connect Shock Response Spectrum Analysis software supports all five SRS models described in the ISO 18431-4:2007 standard. Combined with the nine ordinary criteria for amplitude calculations (shock instances), up to 45 response types can be calculated to match your requirements.

Special shock accelerometers for high-level and high-frequency measurements are part of our complete measurement and analysis chain.

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