Modal_analysis
モーダル解析は、周波数領域におけるシステムの動的特性の研究です。例としては、シェーカーに取り付けたときの車のボディの振動や、ラウドスピーカーによって励起されたときの室内のノイズ パターンの測定が挙げられます。
電磁シェーカーに取り付けられた車のドア。
風力タービン ローターの MIMO テストのテスト セットアップを示す写真。ブレードは 3 つの機械的シェーカーを使用して励起され、応答はブレード 3 に取り付けられた 12 個の加速度計を使用して測定されます。テストの次の段階では、加速度計をブレード 2 および 3 に移動して、それらの位置での応答を測定できます。
現代の実験的なモーダル解析システムは、1)トランスデューサ(通常は加速度計、ロードセル) などのセンサー、またはレーザー振動計や立体写真測量カメラを介した非接触センサー、 2) データ取得システムとアナログ – デジタル変換器のフロント エンド (アナログ計装信号をデジタル化 する) および 3)データを表示して分析するホスト PC (パーソナル コンピュータ)。
従来、これは SIMO (単一入力、複数出力) アプローチ、つまり 1 つの励起ポイントで行われ、その後、他の多くのポイントで応答が測定されました。過去に、固定加速度計とロービング ハンマーを励振として使用するハンマー サーベイでは、相反性の原理により、SIMO と数学的に同一の MISO (複数入力、単一出力) 解析が行われました。近年、MIMO (multi-input， multiple-output) がより実用的になり、部分的なコヒーレンス解析により、応答のどの部分がどの励起源から来ているかが識別されます。複数のシェーカーを使用すると、構造全体にエネルギーが均一に分布し、測定の一貫性が向上します。単一の加振機では、構造のすべてのモードを効果的に励起することはできません。
典型的な励起信号は、インパルス、広帯域、 スイープサイン、 チャープ などに分類できます。それぞれに独自の長所と短所が
信号の分析は通常、フーリエ分析に依存します。結果として得られる伝達関数は、 1 つまたは複数の共振を示し、その特徴的な質量、周波数、および減衰比は、測定値から推定できます。
モード形状のアニメーション表示は、NVH (騒音、振動、ハーシュネス)エンジニアにとって非常に便利です。
結果は、有限要素解析のノーマル モード ソリューションと相関させるためにも使用できます。
コンテンツ
1 構造物
2 電気力学
3 モードの重ね合わせ
4 相互関係
5 こちらもご覧ください
6 参考文献
7 外部リンク
構造物
構造工学では、モーダル解析は、構造の全体的な質量と剛性を使用して、構造が自然に共振するさまざまな周期を見つけます。これらの振動周期は、建物の固有振動数が、建物が建設される地域で予想される地震の周波数と一致しないことが不可欠であるため、地震工学で注意することが非常に重要です。構造物の固有振動数が地震の振動数と一致する場合、構造物は共振し続け、構造的な損傷を受ける可能性がモーダル解析は、エンジニアが橋の上を歩く人々の周波数から固有周波数を遠ざけようとする橋などの構造物でも重要です。これは不可能な場合があり、この理由から、たとえば兵士のグループなど、人々のグループが橋に沿って歩く場合は、大きな励起周波数を回避するために足を踏み入れることをお勧めします。他の固有励起周波数が存在する可能性があり、ブリッジの固有モードを励起する可能性が技術者はそのような例から (少なくとも短期的には) 学ぶ傾向があり、より近代的な吊り橋は路面の形状による潜在的な風の影響を考慮に入れています。持ち上げるのではなく、構造の。その他の空気力学的負荷の問題は、対向風に投影される構造の領域を最小限に抑え、風によって生成される吊り橋のハンガーなどの振動を減らすことによって対処されます。
モーダル解析は通常、コンピューターによって実行されますが、集中質量を持つ固定端カンチレバーとして理想化することで、高層ビルの振動周期を手動で計算することができます。
電気力学
電気力学におけるモーダル解析の基本的な考え方は、力学と同じです。アプリケーションは、導波管や共振器などの導電性エンクロージャ内でどの電磁波モードが存在または伝播できるかを判断することです。
モードの重ね合わせ
システムの一連のモードが計算されると、各モードの結果を重ね合わせることで、異なる時間履歴を持つ多くのポイントでの多くの入力に対する任意の周波数 (特定の範囲内) での応答を計算できます。これは、システムが線形であることを前提としています。
相互関係
応答が方向 x の点 B で測定された場合 (たとえば)、点 A で方向 y の励振に対して、伝達関数 (大雑把に言えば周波数領域での Bx/Ay) は、応答が次の場合に得られるものと同じです。 at Ay は、Bx で励起されたときに測定されます。つまり、Bx/Ay=Ay/Bx です。繰り返しますが、これは線形性を前提としています (また、線形性に対する適切なテストです)。(さらに、これは制限されたタイプのダンピングと制限されたタイプのアクティブ フィードバックを想定しています。)
こちらもご覧ください
周波数分析
FEMによるモーダル解析
モードシェイプ
固有解析
構造力学
振動
モーダル試験
耐震性能解析
参考文献
^ 「MIMO、SIMO、インパクト ハンマー テストを使用して抽出されたモーダル パラメーターの比較、3 ブレード風力タービン、実験力学シリーズ 2014、pp 185-197
DJ Ewins:モーダル テスト: 理論、実践、応用
ジミン・ヘ、ジ・ファン・フー（2001）。モーダル解析、バターワース-ハイネマン。ISBN 0-7506-5079-6 .
外部リンク
モーダル パラメータを推定するための無料の Excel シート
私たち自身の小さな世界でのモーダル空間 – Peter Avitabile によるチュートリアル