Modal 2 Modulo Analisi modale Modulo per l’Analisi della dinamica strutturale. L’analisi modale è un approccio molto efficace al comportamento dinamico delle strutture, alla verifica di modelli di calcolo numerico di una struttura meccanica. Il risultato dello sviluppo di questi anni è un pacchetto molto flessibile per esperti e non. Andiamo alla scoperta di OROS Modal, il risultato delle ultime novità in termini di algoritmi di calcolo associato ad una semplice interfaccia utente, procedure automatiche per l’analisi modale e le vibrazioni operazionali (ODS). Industria Energia e Processo, Navale, Aerospaziale e Difesa, Mezzi di Trasporto, Manifatturiero ed automazione Macchinario Motori Turbine Motori Elettrici Pompe Compressori Generatori Componenti per l’aeronautica Ponti e strutture civili Scafi Navali Applicazioni Sviluppo ed Ottimizzazione Test accettabilità Diagnostica e Soluzione Problemi Descrizione Il Modal della OROS vi guida attraverso tutti i passi operativi per effettuare un analisi ODS oppure un analisi modale. ‐preparazione della geometria ‐Acquisizione ‐Operational Deflection Shape ODS ‐Analisi Modale Operazionale e Sperimentale ‐Strumenti di Validazione Preparazione della Geometria “Modal” contiene una serie di funzioni volte ad un inserimento semplificato della geometria. Sono disponibili degli elementi predefiniti (cerchio, cubo, cilindro…) oltre ad un interfaccia dedicata per la creazione manuale della geometria. Il sistema di coordinate locali (cartesiane, cilindriche, sferiche) consente di impostare la corretta orientazione di tutti i punti di misura. La geometria può anche essere importata da altri software (sperimentale e numerico). Acquisizione Dati: L’acquisizione dati è una parte cruciale dell’analisi modale, senza dati correttivi qualsiasi analisi è inutile. Grazie al controllo diretto dell’acquisizione tramite “Modal” vengono sfruttate tutte le migliori caratteristiche degli analizzatori della serie 3 della OROS sia in termini di accuratezza sia di dettaglio degli strumenti dedicati all’acquisizione. L’interfaccia controlla i diversi modi operativi con martello strumentato, shaker elettrodinamici, eccitazione operativa. Il “sequencer”, il display della geometria, il controllo dei generatori, la rilevazione dei “doppia‐martellata” sono alcune delle funzioni che facilitano l’acquisizione. Sono disponibili una serie di risultati di esempio utili alla verifica della validitazione dei dati acquisiti. La funzione di trasferimento, la coerenza, lo spettro dei singoli canali, i “trigger blocks” sono visualizzabili contemporaneamente durante l’acquisizione. Operating Deflection Shape ODS Questo modulo del “Modal” vi permette di visualizzare il comportamento di una struttura in condizioni di operatività reale. Sono disponibili le analisi nel dominio del tempo e della frequenza. Nel dominio della frequenza viene usato il “mode indicator function” per la visualizzazione la deformazione della struttura ad una determinata frequenza. La deformazione ad una determinata frequenza corrisponde alla combinazione lineare dei modi che contribuiscono alla risposta complessiva del sistema. ODS di un assieme pompa‐motore. Analisi Modale: L’analisi modale può essere effettuata controllando la forza di eccitazione indotta nella struttura (ad esempio con lo shaker o il martello strumentato). Questa tecnica è chiamata analisi modale sperimentale, “experimental modal analysis (EMA)”. L’approccio dell’EMA può essere diviso in 3 livelli, a seconda delle componenti misurate SISO, SIMO e MIMO. “Modal” è nato con la analisi MIMO Multi Input Multi Output, ma sono disponibili anche le analisi per i casi più semplici. L’approccio della MIMO consente di ottenere risultati consistenti e di individuare modi accoppiati e radici ripetute (modi alla stessa frequenza con forme modali diverse). I parametri modali possono essere individuati anche in conseguenza delle condizioni operative in cui una struttura meccanica si trova, dove vengono misurate solo le risposte, la cosiddetta analisi modale operazionale OMA. I metodi EMA e OMA sono disponibili nell’OROS Modal. Questi metodi sono stati scelti in base alle loro caratteristiche i cui punti di pregio sono i seguenti: MDOF Basato sull’assunzione che ogni picco di risonanza nella funzione di risposta in frequenza può essere considerato come la somma del contributo dei modi contenuti in una data banda di frequenza. Metodi Globali Utilizzano una formulazione che considera tutte le funzioni di risposta in frequenza simultaneamente. Questi metodi forniscono risultati superiori rispetto ai metodi locali. Sono più sensibili alla qualità dei dati acquisiti e alle piccole variazioni dei dati. Metodi nel dominio della frequenza Basati sulla formulazione del modello nel dominio della frequenza. Questi metodi distinguono i modi fisici (strutturali) da quelli risultanti dal calcolo (rumore) più facilmente dei metodi nel dominio del tempo. Nelle applicazioni reali l’individuazione affidabile dei modi fisici è il compito più importante dell’analisi modale. Strumenti di identificazione dei modi Questi metodi consentono una miglior identificazione dei modi rispetto all’utilizzo di FRF (Funzioni di Risposta in Frequenza) e PSD Power Spectral Density. È difficile individuare correttamente i modi dall’analisi delle singole FRF. Non tutti i modi presenti possono essere visibili su una singola FRF. Per esempio i modi accoppiati si notano difficilmente dall’analisi della sola FRF. Nell’OROS Modal sono implementate due diverse tecniche di identificazione: CMIF – Complex Modal Indicator Function. Metodo basato su “Singular Value Decompostion” della matrice delle FRF o delle PSD. Determina tutti i modi presenti nella serie di misure considerate. Stability Diagram La filosofia alla base di questo approccio è che i poli estratti, aumentando l’ordine del modello matematico, si ripetono se il polo calcolato è una caratteristica globale del sistema Metodi di Identificazione Modale Metodo EMA SIMO Basato su rotational Fractional polynomial Della FRF Tecnica Vantaggi Caso particolare simile al MIMO Del MIMO2 con solo 1 riferimento o una Eccitazione, es.shaker O single reference impact EMA/OMA Narband algoritmo Basato su CMIF identificazione MIMO a banda stretta molto facile da usare EMA MIMO1 Basato su algoritmo Polyrefernce nel dominio Della frequenza viene visualizzata una tabella elenco che consente di definire correttamente il numero di modi EMA MIMO2 Basato su rational Fractional polynomial formulation delle FRF per potenziare le capacità numeriche, viene utilizzato orthogonal polynomial tecnica di identificazione MIMO a selezione di banda, identifica alcuni modi in una banda di Frequenza Limiti solo misure ad 1 riferimento chiede uniformità matrice di massa Ortogonalità dei vettori modali ok strutture semplici (travi) ma non strutture complesse utilizza la SVD singular value decomposition dalle FRF e individua i modi strutturali e quelli determinati dal Rumore, il numero di Misure deve essere superiore al nr.di modi Tecnica di identificazione modale MIMO a selezione di banda può essere applicato alla analisi modale utilizzando poche misure di risposta è preferibile limitare il numero dei DOF di riferimento della matrice delle FRF (meno di 3) invece di power polynomial EMA OMA Broband Basato sull’algoritmo Polyreference least square Complex exponential (p‐LSCF) Tecnica di identificazione modale MIMO a selezione di banda Identificazione possible Su una banda ampia o su tutta la banda fornisce un non è il miglior metodo chiaro diagramma se si è interessati di stabilizzazione alla stima dello smorzamento Riconosci I modi o se le misure sono rumorose strutturali dai modi di “rumore”. O quelli reali da quelli spuri. Identifica automaticamente Tutti i modi presenti in Una banda ampia Strumenti di Validazione “Modal Assurance Criterion MAC” è un fattore che può essere usato per confrontare due serie di vettori complessi. Il MAC tra due vettori che hanno una relazione lineare è prossimo a 1. Il MAC tra due vettori linearmente indipendenti è prossimo a 0. Il calcolo del MAC ha due applicazioni nell’analisi modale: 1‐Può essere usato per confrontare due forme modali ottenute da due algoritmi di stima dei parametri modali diversi sugli stessi dati di prova. Due modi ottenuti simili avranno un fattore di MAC elevato. 2‐Può essere usato per controllare l’ortogonalità dei modi quando vengono pesati con la matrice di massa. Persino se la matrice di massa non è disponibile, l’ortogonalità delle forme modali è approssimativamente soddisfatta. Può essere usato per validare i risultati i risultati del modello modale. COMAC Coordinate Modal Assurance Criterion un estensione del MAC viene utilizzato per identificare quale DOF, grado di libertà, influisce ad abbassare il valore di MAC. Apertura e compatibilità ad altri Ambienti Le capacità di importazione ed esportazione dal OROS Modal consentono una notevole integrazione con vari ambienti di test. È anche uno strumento complementare agli strumenti software ad elementi finiti per il model updating. Per esempio Modal è compatibile con “FEMtools” della Dynamic Design Solution che è un software specialistico per: ‐Statica e dinamica strutturale ‐Validazione e updating di un modello ad elementi finiti per l’analisi strutturale. ‐Ottimizzazione della progettazione. Una Gamma Potente e Flessibile di analizzatori per rispondere alle vostre esigenze Modal può essere il vostro Tool di analisi modale in coppia con tutti gli analizzatori della serie 3 della OROS. OR38 8‐16‐24‐32 canali OR36 4‐8‐12‐16 canali Moby‐Pack 4‐8‐12‐16 canali OR35 4‐6‐8 canali OR34 2‐4 canali Per strutture più grandi che richiedono un numero di canali superiore, Modal può analizzare i risultati ottenuti con VibeMaster, tramite il quale più analizzatori possono essere messi in cascata per incrementare il numero di canali. Modal appartiene alla OROS Product Line, sulla quale sono disponibili gli altri moduli come FFT diagnostic, Balancing, Orbigate, Sound Intensity… Misure in Sito e Corsi Specialistici Gli esperti di Spectra sono disponibili a guidare il cliente attraverso un’adeguata formazione all’uso dei sistemi OROS per misure su strutture specifiche, sia nell’aiuto all’impostazione dei setups di misura e di tutte le condizioni di contorno al test. Alessandro Solari Spectra srl 4 Febbraio 2014
