ODS analysis BK connect time

ODS 分析 —— 理解结构行为的强大诊断工具

ODS (工作变形) 分析是结构动力学中最常用的工具之一。它提供了理解结构的动态行为非常有用的信息,应用的技术很容易理解,因为没有涉及繁重的数学概念,它很容易使用,它可以通过相对简单的方法来执行。使用 BK Connect,您可以执行所有三种类型的 ODS 分析:时域 ODS,频域 ODS 和非稳态 ODS。

什么是ODS分析——工作变形分析?

ODS分析是关于确定和可视化工作条件下结构的振动模式。这些振动模式(也称为变形)以不同的频率,阶次或时间实例显示为代表结构偏转的动画几何图形,并在形状表中列出了几何图形上各个点和方向(DOF)。振动值显示为加速度,速度或位移,具有峰,峰-峰值或RMS缩放比例,并以SI或英制单位表示。
 
可以通过例如机器的各个部分的转速以及机器或结构所承受的负载,压力和流量来定义操作条件。变化的条件将导致不同的振动模式。
 
观察到的振动信号包含了作用在结构上的外部强迫函数,内部产生的力以及由其模态参数定义的结构的动力学特性的组合。在共振时,力显著放大,从而导致较大的振动水平。这可能导致一切事情,从驾驶汽车的不适感到结构性损坏,并带来灾难性的后果,例如飞机和桥梁倒塌。因此,确定结构共振频率以及力如何激发它们是ODS分析的非常典型的使用场景。
ODS分析观察输出 
在ODS分析中,我们在各种自由度中观察到结构X i (ω)的输出 。表示结构动态特性的外力和内力F(ω)和频率响应函数H(ω)并没有测量。
 
与仅查看测得的振动水平相比,测量振动并根据时间或以特定的频率或阶数可视化偏转形状可以更好地理解潜在的问题或设计注意事项。因此,它可以帮助工程师提出更优化的解决方案。因此,ODS分析通常是许多用户进入结构动力学的第一步。
 

使用方案进行ODS分析

由于您仅测量结构的输出,因此可以对任何结构(线性或非线性)执行ODS分析,可以用任何类型的信号(例如,平稳,准平稳或非平稳)激励来进行ODS分析并包含任意类型的边界条件(从自由到固定)。这使ODS分析非常易于使用。与模态测试相比,无需进行预测试分析即可选择正确的激励信号和边界条件,并且在测量过程中,无需使用力锤或模态激励器进行人工输入激励。但是,由于没有像模态测试那样创建模型,因此无法预测其他条件下的振动响应。因此,如果条件发生变化,则必须再次进行测量。
 
ODS分析的用途多种多样。从设计验证,目标设置和基准检验到故障排除,质量控制和机器运行状况监控。典型的使用场景包括:
  • 通过将强迫响应仿真与测得的ODS数据进行比较来验证FEM预测
  • 将测得的噪声和振动值与参考值进行比较
  • 确保不会激发结构共振并且不会出现临界速度
  • 分别识别和分离源自旋转和固定部件的旋转和结构噪声以及振动现象
  • 将噪声辐射与结构振动做相关分析
  • 减少过多的噪音和振动
  • 调查机器磨损,例如导致不平衡,轴未对准和嘎嘎作响
  • 分析瞬态现象,例如门猛击,爆炸,发射和射击,碰撞和跌落冲击
  • 分析以恒定或略微变化的速度运行的机器
  • 分析非线性系统并进行频率变化分析,例如发动机启动/关闭
  • 监视受环境力负载的土木工程结构,例如海上结构上的波浪,建筑物上的风荷载以及桥梁上的交通荷载影响

ODS分析的类型

ODS分析通常分为三类:

  • 时间ODS
    时域ODS用于研究结构随时间变化的振动模式。时域ODS包括分析频率范围内的所有频率,对于显示给定时间点的固定或非固定信号(例如瞬态信号)的整体ODS非常有用。
  • 光谱ODS
    频域ODS用于研究特定频率或阶次分量的结构的振动模式。对于频率分量调查,使用了FFT分析,并且条件必须是固定的。对于阶次分量研究,使用了阶次跟踪,条件可能会稍微准平稳,例如,发动机转速会稍有变化。随后提取不同频谱成分的ODS,显示在形状表中并进行动画处理。
  • 非稳态ODS
    非稳态ODS用于研究特定频率或阶次分量随转速或时间变化的结构振动模式。结果基于FFT分析或阶次跟踪。非稳态ODS对于确定哪些噪声和振动行为与旋转机械以及哪些与运行机械的固定部件有关非常有用。升降速ODS,其中发动机升速或降速是常用的非稳态ODS。
车架ODS分析
车架的BK Connect Time ODS分析。
可以选择一个时间范围,并在设置振动模式动画时扫过。抽取因子可以用于跳过样本。可以在形状表中的离散时间点保存各种自由度的振动。

 

车架的BK Connect频域ODS分析。
通过在频谱中选择频率/阶次来对振型进行动画处理,并将振动模式记录在振型表中,以便于检索和比较。各种自由度下的振动可以显示为加速度,速度或位移,具有峰,峰-峰或RMS标度。可以使用SI或英制单位。

 

简化车架的BK Connect升降速ODS分析。
通过在等高线图中选择频率/阶次和rpm /时间的组合来对形状进行动画处理。在这种情况下,使用基于FFT的运行ODS,其中斜线代表阶次,垂直线代表结构共振。对于频谱ODS,振动模式可以记录在振型表中。


ODS分析仪器

由于仅测量结构/机械的输出,因此用于ODS分析的仪器相对简单且便宜。它由一个带有硬件,测量和分析软件的数据采集系统,一个响应传感器(通常是加速度计)以及一个转速计探头组成。如果在速度略有变化的机器上执行ODS分析,则必须使用转速探头,在该机器上必须执行阶次跟踪以避免频率模糊。或者,即使不执行阶次跟踪,您也可能需要转速计探头来对带有RPM标签的升降速测试进行注释。

 
用于ODS分析的系统范围从使用移动加速度计的简单2通道系统到具有数百个加速度计的系统,可用于同时测量所有自由度的复杂结构的测量。

由加速度计,转速探头组成的ODS系统示例,
和数据采集硬件和软件

由于ODS测试中测得的振动通常是未知的,因此必须特别注意避免过载和超量程情况,这一点很重要。通过不断地进行试运行并相应地改变输入衰减器可以完成很多工作。但是为了获得更高的效率和数据质量,最好的解决方案是使用具有高动态范围的数据采集系统,以匹配所使用的传感器。
 
另外,在大型结构(例如大型机械,轮船,火车,桥梁和建筑物)上执行ODS测试时,布线任务可能非常繁重。为了降低布线成本,简化测试设置并消除出错的风险,使用可分布的数据采集硬件非常有利,该硬件可以位于测量点附近并通过简单的标准LAN电缆或无线连接。
 
在大型结构上执行ODS测试时,感兴趣的第一个振动模式可能处于相当低的频率,接近0 Hz。因此,在这种情况下,数据采集硬件和加速度计都必须支持低至直流的测量。

关于加速度计,其他结构测试(例如模态测试)的许多要求也适用于此。要考虑的参数范围从动态范围,频率范围和灵敏度,到重量轻,以避免大负载,并且易于使用夹子和底座等附件进行安装。诸如高温范围,气密性,坚固性等特定要求也可能适用。

HBK解决方案

HBK为三种类型的ODS分析提供完整的解决方案-从加速度计和转速探头,到带有硬件以及测量和分析软件的数据采集系统。我们的数据采集系统基于我们的LAN-XI硬件(可以配置为单个前端或分布式系统)以及我们以用户为中心的BK Connect软件。

 
ODS分析是结构动力学中几种互补的应用之一。HBK还为经典模态分析,运行模态分析,模型相关性分析,结构健康监测和冲击响应分析提供完整的解决方案。
 
 
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