Applicatienota | Modaal testen

LDV modale analyse van een aluminium koepel

Contactloze LDV-mapping verandert een lichtgewicht aluminium koepel in een praktische modale testcase. Zes resonanties van 20 Hz tot 925 Hz werden vastgelegd als full-field magnitude- en fasekaarten, waardoor de knoopstructuur, omtreksorde en frequentie-uitlijning zichtbaar werden zonder massa of bedrading aan de schaal toe te voegen.

Modevormen worden interpreteerbaar wanneer amplitude en fase samen worden bekeken

Gekromde schalen gedragen zich zelden als single-point systemen. Nuttige modale data moeten laten zien waar beweging zich concentreert, welke regio’s in of uit fase bewegen en hoe knoopgrenzen evolueren naarmate de modale orde stijgt. De LDV-scan biedt dat beeld direct: helderheid onthult de trillingsamplitude, kleur onthult de momentane fase en de overgangslijnen tussen faseregio’s identificeren de knoopstructuur van de schaal. Zie voor meetprincipes op Doppler gebaseerde laservibrometrie.

Contactloos scannen van de koepel met een referentiegebaseerde FRF-workflow

Het testobject was een aluminium hemisferische koepel. Het zichtbare oppervlak werd contactloos gescand terwijl een controlereferentiekanaal de frequentieresponsverwerking en coherentiescreening ondersteunde. Resultaten onder de coherentiedrempel van 0,71 werden uitgesloten van interpretatie.

• Techniek: Scanning Laser Doppler Vibrometer voor contactloze full-field oppervlaktesnelheid.
• Referentieverwerking: Frequentieresponsfunctie versus het EHSC-controlekanaal, met coherentiescreening voorafgaand aan interpretatie.
• Scangeometrie: Phi-bereik van -6,0 graden tot +6,5 graden in stappen van 0,05 graden voor 251 meetframes.
• Outputs: Magnitude in dB en fase in radialen van -pi tot +pi bij elke resonantiepiek.

Zes resonanties onthullen een zuivere omtreksbuigingsreeks

Van links naar rechts gelezen, bewegen de gemeten resonanties van een laagfrequente, door ondersteuning beïnvloede respons naar steeds fijnere omtrekspatronen van de schaal. De respons bij 60 Hz is de eerste duidelijk opgeloste structurele modus in deze reeks en kan het best worden geïnterpreteerd als een vorm met vier lobben over de omtrek. De latere kaarten van 190 Hz en 630 Hz volgen dezelfde trend met respectievelijk ongeveer zes en tien lobben, terwijl de kaarten met de hoogste frequentie nog fijnere kartelingen aan de rand vertonen.

Schaaltheorie verklaart de ordening; de frequentiefit controleert de schaal

Trillingstheorie voor dunne schalen voor sferische en hemisferische schalen organiseert de respons op basis van omtreksorde. Families van hogere orde voegen meer knoopdiameters toe rond de schaal en verschijnen daarom als fijnere lobben in de gemeten kaarten. De scan volgt die ordening: de eerste structurele vergelijking is de respons met vier lobben bij 60 Hz, gevolgd door patronen van hogere orde nabij 190 Hz and 630 Hz. Zie voor achtergrondinformatie NASA’s Vibration of Shells en het Georgia Tech / NASA-rapport over hemispherical shell response and eigenfunctions.

De frequentiecontrole maakte gebruik van de gemeten buitendiameter van 278 mm, een nominale schaaldikte van 0,70 mm en generieke aluminiumeigenschappen van E = 69 GPa, dichtheid = 2730 kg/m3 en Poisson-ratio = 0,33. Onder die aannames voorspelt het model van gereduceerde orde de zes resonanties op 22,5, 63,5, 196,9, 397,6, 665,4 en 1000,1 Hz. Wanneer het materiaal ongewijzigd blijft en alleen een effectieve dikte wordt gefit, levert dit 0,654 mm op, wat de reeks uitlijnt op 21,0, 59,3, 183,9, 371,4, 621,7 en 933,4 Hz.

Voor technisch gebruik fungeert de gefitte dikte als een effectieve schaalparameter. Het legt tolerantie, ondersteuningscompliantie en lokale dempingseffecten vast terwijl de aanname van het aluminiummateriaal vast blijft, waardoor de gemodelleerde frequentiereeks binnen 5,1% van de gemeten resonanties komt.

Van modaal testen naar industriële trillingsmapping

Dezelfde contactloze workflow schaalt van kleine schaalstructuren naar grotere industriële assets. Zie voor een volledige modale workflow full-field kwantitatieve modale analyse. Zie voor dichte vectorreconstructie 3D-snelheidsveld- en spanningsanalyse. Zie voor velddiagnostiek op roterende en elektrische assets het voorbeeld van WEG-motor- en transformatordiagnostiek. Zie voor context op systeemniveau voordelen van Parallel Beam Laser RADAR en de Q2 Laser RADAR. Zie voor context over de fabrikant WEG.