Analiza modalna to specjalistyczna technika badania własności dynamicznych obiektów mechanicznych takich, jak: częstotliwość drgań własnych, postacie i formy drgań oraz wartości współczynników tłumienia. Ta metoda badawcza jest powszechnie wykorzystywana w branżach technicznych do sprawdzania urządzeń oraz obiektów mechanicznych. Stosuje się ją także w budownictwie, w celu wykrycia ewentualnych wad lub uszkodzeń obiektów budownictwa lądowego (np. mostów, wiaduktów, wysokich budynków, kominów czy masztów).
Czym jest analiza modalna?
Analiza modalna to metoda badawcza, której celem jest dokładne określenie właściwości dynamicznych badanych obiektów. Podczas badania oznacza się więc: częstotliwość drgań własnych, postacie i formy drgań, a także współczynniki tłumienia. Żeby wykonać taką analizę, niezbędne są podstawowe narzędzia badawcze. Należy wyposażyć się w odpowiednie mierniki, czujniki i wzbudniki drgań, skanery oraz młotki modalne. Jeżeli chce się zbadać cechy modalne jakiegoś obiektu, należy najpierw wymusić jego drgania. Używa się do tego sił, których wartości zostają zmierzone podczas testu. Ważnym parametrem jest również pomiar odpowiedzi dynamicznej danego obiektu na zadane wymuszenie.
Jakie są metody analizy modalnej?
Podczas badania konkretnego obiektu można zdecydować się na jedną z dwóch dostępnych metod analizy modalnej: eksperymentalną albo eksploatacyjną. Pierwsza z nich wymaga sztucznego wprowadzenia do badanego układu wymuszenia w postaci siły zewnętrznej. Poprzez jej zastosowanie na obiekcje wymuszane są odpowiednie drgania, a następnie mierzona jest odpowiedź z jego strony. Wymuszenie tego typu jest realizowane przez użycie specjalnego wzbudnika drgań. Odpowiedź obiektu (czyli takie wielkości fizyczne, jak: siła, odkształcenie, przemieszczenie, prędkość czy przyspieszenie) mierzy się przy pomocy czujników i miernika. Doskonałym narzędziem badawczym w eksperymentalnej analizie modalnej są młotki modalne, których sprzedażą zajmuje się np. firma EC Test Systems. Narzędzia te nie tylko umożliwiają wymuszenie impulsu siłowego na testowanym obiekcie, ale także dostarczają sygnały elektryczne z informacją o amplitudzie oraz częstotliwości zadanej siły.
Metoda eksploatacyjna polega na badaniu dynamiki obiektu wynikającej z wymuszeń związanych bezpośrednio z jego eksploatacją. W tym wypadku badane i mierzone są więc naturalnie występujące podczas eksploatacji danego obiektu drgania bez konieczności ich sztucznego wymuszania. Taką analizę modalną wykorzystuje się głównie w diagnostyce gotowych urządzeń i konstrukcji budowlanych.
Do czego wykorzystuje się analizę modalną w dzisiejszym świecie?
Na drgania narażone są konstrukcje różnego rodzaju. Dotyczą one zarówno maszyn i urządzeń, jak i konstrukcji inżynierskich. Analiza modalna znajduje zatem zastosowanie jako skuteczna metoda kontroli urządzeń mechanicznych oraz obiektów budownictwa lądowego. Dzięki niej można sprawdzać trwałość i stabilność konstrukcji budowlanych. W diagnostyce maszyn metoda ta jest wykorzystywana, aby określić poprawność ich pracy. Stosując analizę modalną, można zminimalizować ryzyko niespodziewanych awarii, wykluczając np. konieczność przerw produkcyjnych, jak również zredukować poziom wytwarzanego przez urządzenia hałasu. Wyniki testów modalnych mogą być podstawą do wprowadzania modyfikacji w urządzeniach i maszynach, których celem jest osiągnięcie przez nie pożądanych właściwości. Analiza modalna umożliwia także wykrycie wszelkich zakłóceń i problemów w pracy danej maszyny czy konstrukcji, zanim dojdzie do poważnej awarii.
