Nota de aplicación | Ensayo modal
Análisis modal LDV de una cúpula de aluminio
El mapeo LDV sin contacto convierte una cúpula ligera de aluminio en un caso práctico de ensayo modal. Se capturaron seis resonancias de 20 Hz a 925 Hz como mapas de magnitud y fase de campo completo, haciendo visibles la estructura nodal, el orden circunferencial y la alineación de frecuencia sin añadir masa ni cableado a la carcasa.
6
modos de resonancia resueltos en toda la banda medida
20-925 Hz
rango de frecuencias cubierto en la serie modal
251
tramas de escaneo desde phi = -6,0 grados hasta +6,5 grados en pasos de 0,05 grados
Coherencia >= 0,71
procesamiento de respuesta en frecuencia frente al canal de referencia EHSC
Las formas modales se vuelven interpretables cuando se ven juntas la amplitud y la fase
Las carcasas curvas rara vez se comportan como sistemas de punto único. Los datos modales útiles deben mostrar dónde se concentra el movimiento, qué regiones se mueven en fase o en contrafase y cómo evolucionan los límites nodales a medida que aumenta el orden modal. El escaneo LDV ofrece esa visión directamente: el brillo revela la amplitud de vibración, el color revela la fase instantánea y las líneas de transición entre regiones de fase identifican la estructura nodal de la carcasa. Para los principios de medida, consulte vibrómetro láser basado en Doppler.
Encuentre primero los antinodos
Las regiones brillantes marcan dónde la cúpula se mueve con mayor intensidad. Las bandas oscuras muestran nodos o zonas de baja respuesta. A medida que aumenta la frecuencia, la respuesta se fragmenta en lóbulos más pequeños y localizados alrededor de la carcasa.
Separe los sectores en fase y en contrafase
Los colores opuestos se mueven en direcciones opuestas. Cuando el mapa cambia de una familia de colores a la otra, la carcasa cruza una línea nodal. Eso hace visible de un vistazo el orden circunferencial de cada modo.
Siga el orden nodal a lo largo de la serie modal
La cúpula de aluminio progresa desde una respuesta de baja frecuencia influida por el soporte hasta modos circunferenciales de la carcasa claramente resueltos. La complejidad nodal creciente ayuda a separar el comportamiento real de la carcasa de picos de respuesta aislados.
Escaneo sin contacto de la cúpula con un flujo de trabajo FRF basado en referencia
El artículo de ensayo era una cúpula hemisférica de aluminio. La superficie visible se escaneó sin contacto mientras un canal de referencia de control respaldaba el procesamiento de respuesta en frecuencia y el filtrado por coherencia. Los resultados por debajo del umbral de coherencia de 0,71 se excluyeron de la interpretación.
- Técnica: Vibrometría láser Doppler de barrido para velocidad superficial de campo completo sin contacto.
- Procesamiento de referencia: Función de respuesta en frecuencia frente al canal de control EHSC, con cribado de coherencia antes de la interpretación.
- Geometría de escaneo: Rango de phi de -6,0 grados a +6,5 grados en incrementos de 0,05 grados para 251 tramas de medida.
- Resultados: Magnitud en dB y fase en radianes de -pi a +pi en cada pico de resonancia.
Seis resonancias revelan una serie limpia de flexión circunferencial
Leídas de izquierda a derecha, las resonancias medidas pasan de una respuesta de baja frecuencia influida por el soporte a patrones circunferenciales de la carcasa progresivamente más finos. La respuesta a 60 Hz es el primer modo estructural claramente resuelto en esta secuencia y se interpreta mejor como una forma circunferencial de cuatro lóbulos. Los mapas posteriores de 190 Hz y 630 Hz siguen la misma tendencia con aproximadamente seis y diez lóbulos, respectivamente, mientras que los mapas de mayor frecuencia muestran un festoneado del borde aún más fino.
La teoría de carcasas explica el orden; el ajuste de frecuencia comprueba la escala
La teoría de vibración de carcasas delgadas para carcasas esféricas y hemisféricas organiza la respuesta por orden circunferencial. Las familias de orden superior añaden más diámetros nodales alrededor de la carcasa y, por tanto, aparecen como un lobulado más fino en los mapas medidos. El escaneo sigue ese orden: la primera comparación estructural es la respuesta de cuatro lóbulos a 60 Hz, seguida de patrones de orden superior cerca de 190 Hz y 630 Hz. Como referencia, consulte Vibration of Shells de la NASA y el informe de Georgia Tech / NASA sobre respuesta de carcasas hemisféricas y autofunciones.
La comprobación de frecuencia utilizó el diámetro exterior medido de 278 mm, un espesor nominal de carcasa de 0,70 mm y propiedades genéricas del aluminio de E = 69 GPa, densidad = 2730 kg/m3 y coeficiente de Poisson = 0,33. Bajo esas suposiciones, el modelo de orden reducido predice las seis resonancias en 22,5, 63,5, 196,9, 397,6, 665,4 y 1000,1 Hz. Manteniendo fijo el material y ajustando solo un espesor efectivo se obtiene 0,654 mm, alineando la secuencia con 21,0, 59,3, 183,9, 371,4, 621,7 y 933,4 Hz.
| Modo medido | Medido | Modelo nominal, 0,70 mm | Espesor ajustado, 0,654 mm | Error de ajuste |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 20 Hz | 22,5 Hz | 21,0 Hz | +5.1% |
| 2 | 60 Hz | 63,5 Hz | 59,3 Hz | -1.1% |
| 3 | 190 Hz | 196,9 Hz | 183,9 Hz | -3.2% |
| 4 | 380 Hz | 397,6 Hz | 371,4 Hz | -2.3% |
| 5 | 630 Hz | 665,4 Hz | 621,7 Hz | -1.3% |
| 6 | 925 Hz | 1000,1 Hz | 933,4 Hz | +0.9% |
Para uso de ingeniería, el espesor ajustado actúa como un parámetro de escala efectivo. Captura tolerancias, la conformidad del soporte y efectos de amortiguamiento local, manteniendo fija la suposición de material de aluminio, y sitúa la secuencia de frecuencias modelada dentro del 5,1 % de las resonancias medidas.
Del ensayo modal al mapeo de vibraciones industrial
El mismo flujo de trabajo sin contacto se escala desde pequeñas estructuras de carcasa hasta activos industriales de mayor tamaño. Para un flujo de trabajo modal completo, consulte análisis modal cuantitativo de campo completo. Para reconstrucción vectorial densa, consulte campo de velocidad 3D y análisis de deformación. Para diagnósticos en campo en activos rotativos y eléctricos, consulte el ejemplo de diagnóstico de motor y transformador WEG. Para contexto a nivel de sistema, consulte ventajas del Laser RADAR de haz paralelo y el Laser RADAR Q2. Para contexto del fabricante, consulte WEG.
¿Quiere convertir la vibración de carcasas en un flujo de trabajo modal utilizable?
Aporte la geometría de la pieza, la banda de frecuencia esperada, las restricciones de excitación y los límites de acceso para definir un plan de escaneo, una estrategia de referencia y un conjunto de datos modales que se ajuste al objetivo del ensayo.
