Análisis modal

El análisis modal es un método para describir una estructura vibrante en función de sus características naturales, que son la frecuencia, la amortiguación y los modos inherentes —es decir, sus propiedades dinámicas—. Una configuración estándar para las pruebas modales experimentales requiere tecnología de sensores (transductores de fuerza, acelerómetros, cámaras o Vibrómetros láser sin contacto), un sistema de adquisición de datos de medición y un ordenador para supervisar y analizar los datos de medición (DAQ). Sin recurrir a un tratamiento matemático riguroso, el informe técnico adjunto presenta algunos conceptos básicos sobre la vibración estructural y enfoques matemáticos para resolver problemas de Dinámica estructural. Regístrese para descargar el informe técnico gratuito.

En esta nota de aplicación, descubrirá cómo se pueden determinar las frecuencias propias y los modos de vibración de los componentes de forma rápida, precisa y sin contacto, utilizando vibrometría láser Doppler de última generación y métodos de excitación adecuados. Se analizan el Martillo modal automático y el agitador modal para permitir un análisis fiable de las propiedades dinámicas.

Durante una prueba modal experimental, lo primero que se mide es la respuesta vibratoria de una estructura en función de la frecuencia. La excitación debe tener un espectro amplio para excitar todas las frecuencias propias relevantes. Normalmente, también se registra el espectro de excitación, de modo que se pueda registrar la fuerza de entrada de la respuesta de la función de transferencia (FRF). La configuración debe estar bien definida para evitar cualquier influencia no deseada del entorno o del propio proceso de excitación. Una configuración típica podría consistir en fijar la estructura a unas cuerdas de goma blanda o colocarla sobre espuma blanda para desacoplarla del entorno y excitarla, por ejemplo, con un Martillo modal.

Para la medición de vibración y las pruebas modales experimentales, es necesario que la estructura de ensayo en cuestión vibre. Algunas estructuras de ensayo vibran por sí mismas (motores o ventiladores) y otras necesitan una excitación externa. En el primer grupo se puede utilizar, hasta cierto punto, el Análisis modal operativo, mientras que el segundo grupo es el objeto típico de los ensayos modales experimentales. Para dicha excitación inducida en el Análisis modal experimental, existen diferentes métodos. Las técnicas de excitación típicas en los ensayos modales incluyen la excitación mediante vibradores, la excitación con ruido de banda ancha a través de un altavoz o el uso de martillos modales manuales o automáticos específicos.

Como resultado de la prueba modal experimental, se dispone de las formas de deflexión en funcionamiento como respuesta a esta excitación modal específica. Para comparar estos resultados con los resultados calculados a partir de un análisis modal numérico basado en un modelo de elementos finitos, es necesario un segundo paso denominado «ajuste de curvas». En los resultados de medición puros, los modos pueden seguir estando acoplados. El comportamiento dinámico de un sistema mecánico puede describirse como la superposición de los modos propios, considerándose cada modo como un único grado de libertad (SDOF). En el ajuste de curvas, los resultados SDOF se extraen mediante diversos métodos, normalmente basados en la descomposición en valores singulares (SVD).

Los paquetes de software de análisis modal experimental, como PolyWave, permiten el ajuste de curvas y la comparación de los resultados de las pruebas EMA con los resultados del análisis por elementos finitos (FEA) en el análisis MAC. Los resultados obtenidos, como los valores de amortiguamiento, las frecuencias propias y los vectores propios, se incorporan al modelo para actualizar los parámetros del modelo de elementos finitos.