Введение

Модальное испытание – это вид вибрационного испытания объекта, при котором определяются собственные (модальные) частоты, модальные массы, модальные коэффициенты демпфирования и формы собственных колебаний испытываемого объекта. Модальное испытание состоит из этапа измерений и этапа анализа. Весь процесс часто называют модальным анализом или экспериментальным модальным анализом. Существует несколько способов проведения модального испытания, но широко распространены испытания с использованием ударного молотка и вибростенда (вибрационного тестера). В обоих случаях в систему подается энергия с известным частотным составом. В местах структурных резонансов наблюдается усиление отклика, отчетливо видимое на спектрах отклика. На основе спектров отклика и спектров воздействующей силы можно получить передаточную функцию. Передаточная функция (или частотная характеристика (FRF)) часто аппроксимируется для оценки модальных параметров; однако существует множество методов оценки модальных параметров, и эта тема является предметом активных исследований.

Модальное испытание ударного молотка

Идеальным воздействием на структуру является идеальный импульс, характеризующийся бесконечно малой продолжительностью и вызывающий постоянную амплитуду в частотной области. Это привело бы к возбуждению всех собственных форм колебаний с одинаковой энергией. Испытание ударным молотком разработано для имитации такого воздействия, однако на практике удар молотком не может быть бесконечно коротким и имеет определенное время контакта. Продолжительность времени контакта напрямую влияет на частотный состав приложенной силы: большее время контакта приводит к меньшему диапазону частот. Для регистрации силы к концу молотка крепится тензодатчик. Испытание ударным молотком особенно эффективно для небольших и легких конструкций. Однако с увеличением размеров конструкции могут возникать проблемы, связанные с низким отношением сигнал/шум, что часто встречается при исследовании крупных строительных сооружений.

Шейкерное модульное испытание

Шейкер – это устройство, которое возбуждает объект или структуру в соответствии с усиленным входным сигналом. Для модального анализа доступно несколько входных сигналов, но наиболее часто используемыми являются синусоидальная перестройка частоты и случайная вибрация. Небольшие объекты или конструкции могут быть прикреплены непосредственно к столу шейкера. В некоторых типах шейкеров к испытываемому объекту часто прикрепляется подвижная часть (арматура) через стальной трос (создающий силу натяжения) или упор (создающий силу сжатия). Когда сигнал передается через стальной трос или упор, объект реагирует аналогично ударному воздействию, ослабляя одни частоты и усиливая другие. Эти частоты измеряются как модальные частоты. Обычно между шейкером и конструкцией устанавливается тензодатчик для измерения силы возбуждения. Для крупных строительных конструкций используются шейкеры значительно большей мощности, масса которых может превышать 100 кг, и которые способны создавать усилие в сотни ньютонов. Существуют различные типы шейкеров: шейкеры с вращающейся массой, электродинамические шейкеры и электрогидравлические шейкеры. Для шейкеров с вращающейся массой сила может быть рассчитана на основе массы и скорости вращения, а для электродинамических шейкеров сила может быть измерена с помощью тензодатчика или акселерометра, установленного на подвижной части шейкера. Шейкеры имеют преимущество перед ударным молотком, поскольку они способны передавать больше энергии в конструкцию в течение более длительного времени. Однако могут возникать и проблемы: шейкеры могут влиять на динамические характеристики конструкции, а также усложнять анализ из-за ошибок, связанных с оконной обработкой сигнала.