Testy młotkiem modalnym – przygotowanie testu z użyciem młotka modalnego [część 4]

Artykuł przedstawia metody mocowania akcelerometrów stosowanych w testach modalnych oraz omawia wpływ doboru końcówki młotka modalnego na charakterystykę wzbudzenia badanego obiektu. Odpowiedni wybór obu tych elementów ma istotne znaczenie dla poprawności i jakości przeprowadzanych pomiarów.

SPOSOBY MOCOWANIA AKCELEROMETRÓW

Podczas przeprowadzania testów modalnych przy użyciu młotka modalnego, kluczowym elementem wpływającym na jakość i wiarygodność uzyskanych wyników jest właściwe mocowanie akcelerometrów do badanej struktury. W zależności od rodzaju materiału, dostępnej powierzchni, zakresu częstotliwości oraz potrzeb eksperymentatora, stosowane są różne metody montażu czujników drgań.

Jak pokazano na poniższym rysunku, istnieje kilka typowych sposobów mocowania akcelerometrów:

1. Końcówka przykładana ręcznie
2. Magnes dwubiegunowy
3. Magnes płaski
4. Spoina klejona z podkładką
5. Spoina klejona bezpośrednia
6. Połączenie śrubowe

DOBÓR KOŃCÓWKI MŁOTKA

Młotek modalny posiada wymienne końcówki, poprzez które badany obiekt jest uderzany, a ich dobór jest ważnym czynnikiem mającym wpływ na wyniki badania.
W tym celu, wykorzystując przygotowaną do testu strukturę z naklejonymi akcelerometrami, sprawdzono trzy różne końcówki.

Końcówki wykonane z różnych materiałów charakteryzują się przede wszystkim odmienną sztywnością, co ma znaczący wpływ na parametry wzbudzenia testowanego obiektu. Korzystając z w pełni skonfigurowanego układu pomiarowego przeprowadzono test porównawczy, w którym uchwyt był wzbudzany młotkiem z zamontowanymi kolejno końcówkami: miękką – gumową, pośrednią – wykonaną z tworzywa sztucznego oraz sztywną – metalową. W trakcie badania uchwyt był wzbudzany w kierunku Y w dobranym uprzednio miejscu przyłożenia siły w górnej części struktury. Dla każdej z końcówek uderzenie młotkiem wykonano pięciokrotnie w celu uśrednienia wyników, na podstawie których wyznaczono charakterystyki częstotliwościowe dla poszczególnych końcówek. Poniższy rysunek pokazuje widmo gęstości mocy (PSD), która jest dostarczana do badanego obiektu w danych częstotliwościach.

Na podstawie powyższego wykresu w skali logarytmicznej można zauważyć,
że młotek wyposażony w miękką końcówkę wzbudza strukturę jedynie w niskich częstotliwościach. Dla zakresu powyżej 1000 Hz ilość dostarczanej mocy jest znikoma, a w zapisie czujnika zamontowanego w młotku modalnym widoczne jest wyraźne zaszumienie. Pośrednia końcówka zapewnia wzbudzenie w szerszym zakresie częstotliwości. Dla metalowej końcówki otrzymano płaską charakterystykę częstotliwościową, co świadczy o tym, że dostarcza moc wzbudzenia równomiernie w całym zakresie częstotliwości. Poziom widmowej gęstości mocy w okolicy 3000 Hz zaczyna opadać, co pokazuje, że moc wzbudzenia powyżej tej częstotliwości jest dostarczana w znacznie mniejszym stopniu. W zależności od zakresu częstotliwości, w którym chcemy wzbudzić drgania własne badanego obiektu, należy dobrać końcówkę w taki sposób, aby drgania były wzbudzane w całym interesującym nas zakresie, ale jednocześnie nie wykraczały znacząco poza niego, by nie pobudzić wyższych postaci drgań, które nie są przedmiotem analizy.

Dodatkowo warto zwrócić uwagę na to, że gdy testowany obiekt ma znaczącą masę i gabaryty, młotek modalny w standardowej konfiguracji może być niewystarczający do wzbudzenia drgań w konstrukcji. W takich przypadkach stosowana jest dodatkowa masa doczepiana do młotka, która pozwala na dostarczenie większej ilości energii do struktury w trakcie uderzenia.

PODSUMOWANIE

Skuteczne przeprowadzenie testów modalnych wymaga zarówno odpowiednio dobranych końcówek młotka, jak i właściwego montażu akcelerometrów. Każdy ze sposobów mocowania czujników cechuje się inną sztywnością, co wpływa na użyteczny zakres częstotliwości Podobnie, końcówki młotka wykonane z różnych materiałów pozwalają na wzbudzanie drgań w różnych zakresach częstotliwości. Dobór obu tych elementów powinien być zawsze dostosowany do specyfiki badanego obiektu i zakładanego zakresu częstotliwości.