Nota de aplicação | Ensaio modal

Análise modal por LDV de uma cúpula de alumínio

O mapeamento por LDV sem contato transforma uma cúpula leve de alumínio em um caso prático de ensaio modal. Seis ressonâncias de 20 Hz a 925 Hz foram capturadas como mapas de magnitude e fase em campo completo, tornando visíveis a estrutura nodal, a ordem circunferencial e o alinhamento de frequência, sem adicionar massa ou fiação à casca.

As formas modais tornam-se interpretáveis quando amplitude e fase são vistas juntas

Cascas curvas raramente se comportam como sistemas de ponto único. Dados modais úteis devem mostrar onde o movimento se concentra, quais regiões se movem em fase ou em oposição de fase e como os limites nodais evoluem à medida que a ordem modal aumenta. A varredura por LDV fornece essa visão diretamente: o brilho revela a amplitude de vibração, a cor revela a fase instantânea e as linhas de transição entre regiões de fase identificam a estrutura nodal da casca. Para princípios de medição, consulte vibrometria a laser baseada em Doppler.

Varredura sem contato da cúpula com um fluxo de trabalho de FRF baseado em referência

O corpo de prova era uma cúpula hemisférica de alumínio. A superfície visível foi varrida sem contato, enquanto um canal de referência de controle deu suporte ao processamento de resposta em frequência e à triagem por coerência. Resultados abaixo do limiar de coerência de 0,71 foram excluídos da interpretação.

• Técnica: Vibrometro a laser Doppler de varredura para velocidade de superfície em campo completo sem contato.
• Processamento de referência: Função de resposta em frequência versus o canal de controle EHSC, com triagem de coerência antes da interpretação.
• Geometria de varredura: Faixa de phi de -6,0 graus a +6,5 graus em incrementos de 0,05 grau para 251 quadros de medição.
• Saídas: Magnitude em dB e fase em radianos de -pi a +pi em cada pico de ressonância.

Seis ressonâncias revelam uma série limpa de flexão circunferencial

Lendo da esquerda para a direita, as ressonâncias medidas passam de uma resposta de baixa frequência influenciada pelo suporte para padrões circunferenciais da casca progressivamente mais finos. A resposta de 60 Hz é o primeiro modo estrutural claramente resolvido nesta sequência e é melhor interpretada como uma forma circunferencial de quatro lóbulos. Os mapas posteriores de 190 Hz e 630 Hz seguem a mesma tendência com cerca de seis e dez lóbulos, respectivamente, enquanto os mapas de maior frequência mostram um recorte ainda mais fino na borda.

A teoria de cascas explica a ordenação; o ajuste de frequência verifica a escala

A teoria de vibração de cascas finas para cascas esféricas e hemisféricas organiza a resposta por ordem circunferencial. Famílias de ordem mais alta adicionam mais diâmetros nodais ao redor da casca e, portanto, aparecem como lobulação mais fina nos mapas medidos. A varredura segue essa ordenação: a primeira comparação estrutural é a resposta de quatro lóbulos a 60 Hz, seguida por padrões de ordem mais alta próximos de 190 Hz e 630 Hz. Para contexto, consulte o Vibration of Shells da NASA e o relatório Georgia Tech / NASA sobre resposta de casca hemisférica e autofunções.

A verificação de frequência usou o diâmetro externo medido de 278 mm, uma espessura nominal de casca de 0,70 mm e propriedades genéricas do alumínio de E = 69 GPa, densidade = 2730 kg/m3 e coeficiente de Poisson = 0,33. Sob essas suposições, o modelo de ordem reduzida prevê as seis ressonâncias em 22,5, 63,5, 196,9, 397,6, 665,4 e 1000,1 Hz. Mantendo o material fixo e ajustando apenas uma espessura efetiva, obtém-se 0,654 mm, alinhando a sequência para 21,0, 59,3, 183,9, 371,4, 621,7 e 933,4 Hz.

Para uso em engenharia, a espessura ajustada atua como um parâmetro de escala efetivo. Ela captura tolerância, complacência do suporte e efeitos de amortecimento local, mantendo fixa a suposição de material de alumínio, trazendo a sequência de frequências modelada para dentro de 5,1% das ressonâncias medidas.

Do ensaio modal ao mapeamento de vibração industrial

O mesmo fluxo de trabalho sem contato escala de pequenas estruturas de casca para ativos industriais maiores. Para um fluxo de trabalho modal completo, consulte análise modal quantitativa em campo completo. Para reconstrução vetorial densa, consulte campo de velocidade 3D e análise de deformação. Para diagnósticos em campo em ativos rotativos e elétricos, consulte o exemplo de diagnóstico de motores e transformadores WEG. Para contexto em nível de sistema, consulte benefícios do Laser RADAR de feixe paralelo e o Laser RADAR Q2. Para contexto do fabricante, consulte WEG.