Testarea structurală: Măsurători de mobilitate mecanică – Partea I

Partea a doua a testelor structurale se referă la măsurătorile de mobilitate mecanică, care reprezintă o etapă importantă a procesului de proiectare tehnică pentru structurile mecanice dinamice. Determinarea caracteristicilor dinamice ale structurilor, inclusiv a zgomotului și a vibrațiilor, poate fi utilizată pentru a îmbunătăți și optimiza performanța structurală.

Măsurători de mobilitate mecanică reprezintă o etapă importantă a procesului de proiectare tehnică pentru structurile mecanice dinamice. Determinarea caracteristicilor dinamice ale structurilor, inclusiv a zgomotului și a vibrațiilor, poate fi utilizată pentru a îmbunătăți și optimiza performanța structurală.

Principalele proprietăți dinamice ale unui sistem mecanic pot fi definite prin intermediul funcției de răspuns în frecvență (FRF) ca fiind raportul dintre forța de excitație măsurată aplicată structurii și mișcarea corespunzătoare a structurii.

Mișcarea unei structuri poate fi descrisă în termeni de deplasare, viteză sau accelerație. Funcțiile de răspuns în frecvență corespunzătoare sunt complianța, mobilitatea și accelerația. În sens general, termenul “măsurare a mobilității” este utilizat pentru a descrie orice formă de FRF. Pentru modelare, FRF cea mai frecvent utilizată este complianța. FRF utilizată în general pentru măsurători este accelerația, deoarece cel mai convenabil traductor de mișcare este accelerometrul. Conformitatea, mobilitatea și accelerația sunt legate algebric, iar măsurarea oricăreia dintre ele poate fi utilizată pentru calcularea celorlalte.

Forma de undă a excitație în măsurători de mobilitate

Pentru măsurătorile de mobilitate, structura trebuie să fie excitată de o forță dinamică măsurabilă, dar nu există nicio restricție teoretică în ceea ce privește forma de undă sau modul în care se realizează excitația.

În această discuție ne vom limita la formele de undă care au energia distribuită pe o bandă largă de frecvențe. Acestea pot excita simultan structura pe întreaga gamă de frecvențe de interes. Înainte de a alege forma de undă de excitație, trebuie luați în considerare anumiți parametri:

• Aplicație
• Controlul spectrului
• Factor de creastă
• Structură liniară/non-liniară Viteza de testare
• Echipament disponibil

Dacă scopul testului este doar de a măsura frecvențele naturale, atunci precizia necesară este mult mai mică decât atunci când măsurătorile trebuie să constituie baza unui model matematic. Costul preciziei suplimentare constă în timpul necesar pentru măsurători și în costul instrumentelor.

Controlul spectrului este capacitatea de a limita excitația la gama de frecvențe de interes. Domeniul dinamic al unei FRF este adesea foarte mare, atunci când este măsurat între cel mai înalt vârf de rezonanță și cea mai profundă antirezonanță. Deoarece forma de undă de excitație este, în general, aleasă pentru a avea un spectru ideal plat, rezultă că spectrul de răspuns va avea aceeași gamă dinamică mare ca și FRF. Dacă structura este excitată numai în domeniul de frecvență de interes, domeniul dinamic al măsurării este minimizat. Acest lucru duce la un raport semnal-zgomot mai bun și la date mai clare.

Factorul de creastă descrie “vârfurile” semnalului. Acesta este definit ca fiind raportul dintre vârf și abaterea standard (RMS) a semnalului. Un factor de creastă ridicat în forma de undă de excitație are două dezavantaje:

• Raportul semnal-zgomot este redus, deoarece instrumentele trebuie să țină cont de vârfuri, iar o parte din semnal se pierde în zgomotul existent.
• Forțele de vârf ridicate pot provoca un comportament neliniar în structură.

O așteptare a unui comportament neliniar într-o structură ridică întrebarea: “Vrem să descriem comportamentul neliniar sau vrem să facem o aproximare liniară?

Analiza modală presupune sisteme liniare și utilizează modele liniare. Dacă avem de-a face cu o structură care prezintă un comportament neliniar, încercăm în general să realizăm cea mai bună aproximare liniară. Selectarea unei forme de undă care excită structura pe o mare varietate de niveluri randomizează comportamentul neliniar, care este apoi supus unei medii. Pentru a studia neliniaritățile, se utilizează în general o excitație sinusoidală cu un control al amplitudinii maxime.