모달 분석
Modal analysis
모달 분석은 주파수 영역 내 시스템의 동적 특성에 대한 연구다. 예를 들어 자동차 차체가 셰이커에 부착되었을 때의 진동이나 확성기에 의해 흥분되었을 때의 방의 소음 패턴을 측정하는 것이 포함된다.
현대의 실험모달 분석 시스템은 1) 변환기(일반적으로 가속도계, 부하전지) 등의 센서나 레이저 진동계를 통한 비접촉, 또는 스테레오포토그램 측정 카메라 2) 데이터 획득 시스템과 아날로그-디지털 변환기 프런트엔드(아날로그 계측기 신호를 디지털화하기 위해), 3) 호스트 PC(개인용 co)로 구성되어 있다.mputer)를 사용하여 데이터를 보고 분석한다.
일반적으로 이 작업은 SIMO(단일 입력, 다중 출력) 접근방식, 즉 하나의 흥분 지점을 사용하여 수행된 후 다른 많은 지점에서 반응이 측정된다. 과거 해머 조사에서는 고정 가속도계 및 회전 해머를 흥분으로 사용해 상호주의 원리에 따라 SIMO와 수학적으로 동일한 MISO(복수입력, 단일출력) 분석을 실시했다. 최근 몇 년간 MIMO(다중 입력, 다중 출력)는 보다 실용적이 되어 왔으며, 여기서 부분 일관성 분석은 흥분원인이 어떤 부분인지 파악한다. 여러 개의 셰이커를 사용하면 전체 구조물에 걸쳐 에너지가 균일하게 분배되고 측정의 일관성이 향상된다. 단일 셰이커는 구조물의 모든 모드를 효과적으로 자극하지 않을 수 있다.[1]
대표적인 흥분 신호는 임펄스, 광대역, 스윕 사인, 처프 및 기타로 분류할 수 있다. 각자 장단점이 있다.
신호 분석은 일반적으로 푸리에 분석에 의존한다. 결과 전달 기능은 공진도를 하나 이상 보여주며, 공진도의 특성 질량, 주파수 및 댐핑 비율을 측정값으로 추정할 수 있다.
모드 형태의 애니메이션 디스플레이는 NVH(Noise, Vibration and Harshness) 엔지니어에게 매우 유용하다.
그 결과는 유한요소해석 정상모드 솔루션과의 상관관계에도 사용될 수 있다.
구조물들
구조 공학에서 모달 분석은 구조물의 전체적인 질량과 강성을 이용하여 자연적으로 공명할 다양한 기간을 찾는다. 이러한 진동의 시기는 건물의 자연 발생 빈도가 건물이 건설될 지역의 예상 지진 빈도와 일치하지 않는 것이 필수적이기 때문에 지진 공학에서 매우 중요하다. 구조물의 고유 주파수가 지진 빈도와[citation needed] 일치할 경우, 구조물은 계속 공명하여 구조 손상을 경험할 수 있다. 모달 분석은 엔지니어가 교량 위를 걷는 사람들의 주파수로부터 자연적인 주파수를 멀리하도록 시도해야 하는 교량 같은 구조에서도 중요하다. 이것은 가능하지 않을 수 있으며, 예를 들어 한 무리의 군인과 같은 사람들이 다리를 따라 걸어가야 할 때, 권장하는 것은 그들이 아마도 상당한 흥분 빈도를 피하기 위해 걸음을 멈추는 것이다. 다른 자연 흥분 주파수가 존재할 수 있으며 교량의 자연 모드를 자극할 수 있다. 엔지니어는 그러한 예(최소한 단기적으로)에서 배우는 경향이 있고 보다 현대적인 현수교는 갑판 모양을 통해 바람의 잠재적 영향을 고려하는데, 갑판을 들어올리는 것을 허용하기 보다는 구조물의 지지대에 대항하여 갑판을 아래로 당기는 공기역학적 용어로 설계될 수 있다. 기타 공기역학적 하중 문제는 다가오는 바람에 투사되는 구조물의 면적을 최소화하고 예를 들어 현수교의 행거의 바람 발생 진동을 감소시킴으로써 처리된다.
모달분석은 보통 컴퓨터로 이뤄지지만, 질량이 덩어리진 고정 엔드 캔틸레버로서 이상화를 통해 어떤 고층건물의 진동기간도 손으로 계산할 수 있다.
전기역학
전기역학에서 모달 분석의 기본 개념은 기계학에서와 같다. 이 적용은 도파관이나 공명기와 같은 전도성 외장장치 내에서 어떤 전자파 모드가 서 있거나 전파될 수 있는지를 결정하는 것이다.
모드의 중첩
일단 시스템에 대해 일련의 모드가 계산되면, 다른 시간 이력을 가진 많은 지점에서 많은 입력에 반응하는 어떤 주파수(특정 범위 이내)에서의 반응은 각 모드의 결과를 중첩시켜 계산할 수 있다. 이것은 그 시스템이 선형이라고 가정한다.
상호주의
만약 반응이 방향 x(예를 들어)의 B 지점에서 측정되고 방향 y의 A 지점에서 흥분하면, 전달 함수(주파수 영역에서 Bx/Ay)는 Bx에서 흥분했을 때 Ay에서의 반응이 측정되었을 때 얻어지는 것과 동일하다. 그것은 Bx/Ay=Ay/Bx이다. 다시, 이것은 선형성을 가정한다(그리고 좋은 시험이다). (더 나아가, 이것은 제한된 유형의 댐핑과 제한된 유형의 활성 피드백으로 가정한다.)
참고 항목
참조
- D. J. Ewins: 모달 테스트: 이론, 실습 및 적용
- 허지민, 지팡푸(2001) 모달 분석, Butterworth-Heinemann. ISBN0-7506-5079-6.
