1. Omavõnkesageduse analüüs

 

Võnkumise analüüs

Vabavõnkumise ehk omavõnkumise analüüsis määratakse konstruktsiooni loomulikud võnkesagedused ja neile vastavad võnkemoodid (režiimid).

See kirjeldab, kuidas detail või koost vabalt võnguks, kui seda ergutada ja seejärel rahule jätta.

Analüüsi eesmärk on kontrollida, et konstruktsiooni loomulikud sagedused ei satuks kokku teadaolevate töö- või ergutussagedustega, mis võiksid põhjustada resonantsi.

Modaalsusanalüüsis arvestatakse ainult kinnitusi ja sidemeid kui piirtingimusi. Väliskoormusi ei rakendata.

Saadud tulemusi kasutatakse sageli järgmises etapis harmoonilise vastuse analüüsis, et hinnata konstruktsiooni käitumist perioodilise välisjõu toimel.

Normaalvõnkumine ehk normaalmood on võnkuva süsteemi võnkevorm, mille puhul kõik süsteemi osad võnguvad lihtharmooniliselt ehk samal sagedusel. Seega liigub iga süsteemi osa ajas sinusoidselt sama võnkesageduse ja algfaasiga. Normaalvõnkumistele omaseid sagedusi nimetatakse ka süsteemi omavõnkesagedusteks. Igal füüsilisel kehal, näiteks ehitistel või ka molekulil on oma normaalvõnkevormid, mis sõltuvad nende struktuurist, omadustest ja piiravatest rajatingimustest.

Solid Edge:

Modal analysis ehk omavõnkesageduse analüüs määrab sinu mudeli:

·         Omavõnkesagedused
Need on sagedused (Hz), mille juures konstruktsioon loomulikult võngub, kui teda ergutada.

·         Režiimkujud (mode shapes)
Iga sageduse juurde kuulub ruumiline deformatsioonikuju, mis näitab, kuidas detail või konstruktsioon sellel sagedusel võngub.

Kui masina töökoormus või pöörlevate komponentide sagedused langevad kokku sinu konstruktsiooni omavõnkesagedusega, tekib resonants, mille tulemusena võivad tekkida:

  • väga suured amplituudid
  • töökindluse langus
  • kinnitusvahendite lahtitulemine
  • materjali väsimus
  • purunemine

Modal analysis aitab kontrollida, et tööpiirkonna sagedused ≠ konstruktsiooni omavõnkesagedused.

Mode shapes (režiimkujud) visualiseerivad, millised alad peamiselt painduvad, väänavad või võnguvad. Kasulik näiteks:

  • õhemate seintega detailide optimeerimisel
  • tootes jäikuse tõstmisel
  • poltühenduste koormustee mõistmisel
  • vibratsiooni isoleerimisel

modal analysis on alus /Sisend järgnevatele analüüsidele:

·         harmonic response (koormus perioodiline)

·         transient vibration (löök, impulss)

Omavõnkeanalüüs kui optimeerimise tööriist

Kui näed, et omavõnkesagedus on liiga madal (liiga painduv konstruktsioon), saad:

  • suurendada jäikust
  • lisada ribid
  • muuta materjali
  • muuta geomeetriat
  • tõsta poldi eelpingeid
  • lisada tugi- või kinnituskohad

Sageli soovitakse, et esimene omavõnkesagedus oleks tööpiirkonnast kaugemal (nt 1,5× või 2× suurem kui masina töösagedus), et resonants oleks välistatud ka tolerantside ja kulumise tingimustes.

Lihtne näide:

Kui sul on raam, mis töötab 50 Hz juures (mootor, pump, ventilaator), siis:

  • Kui analüüs näitab esimest omavõnkesagedust 45 Hz, on oht väga suur.
  • Kui see on 120 Hz, oled enamasti ohutus tsoonis.

Võnkeanalüüs:

  • ei arvuta pingeseisundit staatilise koormuse all.
  • ei ütle amplituude, ainult kuju.
  • ei arvuta tõelist dünaamilist käitumist ilma lisaanalüüsideta.