آنالیز مودال چیست و چه ارتباطی بین فرکانس طبیعی و صنعت وجود دارد؟

آنالیز مودال یکی از خدمات نوین اجرایی در زمینه پایش وضعیت قطعات دوار می‌باشد.فرکانس طبیعی به عنوان یکی از پارامترهای رایج در طراحی و تحلیل قطعاتی صنعتی شناخته می شود.

فرکانس طبیعی یکی از مشخصه های ذاتی سیستم است که تابعی از ماهیت ساختاری اعم از جرم و فنریت است. لازم به ذکر است که در تعریف تئوری برای یک سیستم با n  درجه آزادی به همان تعداد فرکانس طبیعی تعریف می‌شد.

طبیعی است که فرکانس طبیعی تابع روشن بودن یک ماشین صنعتی نیست و در حالت خاموش نیز فرکانس طبیعی موجود است.

در بحث فرکانس طبیعی می توان گفت که این نواحی به صورت دائمی وجود دارند و تنها زمان که توسط یک عامل دیگر و یا در اثر ضعف ساختاری و ترک تحریک شوند ب صورت محسوسی قابل بررسی می‌شوند.در مکانیزم‌های صنعتی با توجه به درجات آزادی نامحدود می توان گفت که تعداد فرکانس‌های طبیعی نیز نامحدود است.

از اینرو  آن دسته‌ از فرکانس‌هایی طبیعی برای ما حائز اهمیت هستند که به رنج فرکانس‌های کارکردی و فرکانس‌های خرابی ادوات مختلف یک تجهیز نزدیک هستند. در این صورت باید به دقت مراقب بود تا فرکانس‌های خرابی قطعه در مجاورت فرکانس طبیعی ظاهر نشوند.

تشدید چیست؟

بارها ماجرای فروریختن پل توسط باد و یا در اثر رژه سربازان را شنیده اید. چیزی که در خرابی‌های این چنینی به وقوع پیوسته است متاثر از دامنه بالای خرابی نبوده است بلکه گاها یک تحریک کوچک سبب انهدام وحشتناک شده است.

هنگامی که فرکانس طبیعی و ذاتی یک تجهیز در مجاورت فرکانس کارکردی قطعه قرار گیرد در این حالت تجهیز شروع به تشدید یا رزونانس خواهد کرد.

این پدیده منجر می‌گردد که تجهیز رفتاری کاملا غیرخطی از خود نشان داده و همچنین ممکن است که فروپاشی تنها با اعمال کمینه نیرو و انرژی به وقوع بپیوندد.

رزونانس و تشدید در صنعت چگونه است؟

تجهیزات صنعتی بنا به ماهیت طراحی و ساخت دارای فرکانس های طبیعی متعددی هستند. همچنین فرکانس های خرابی قطعات دوار نیز بسیار متنوع است و می توان به 100 ها فرکانس مختلف اشاره کردد.

از مهم ترین آنان می توان به هفرکانس‌ خرابی تسم، فرکانس چرخش سیال در بیرینگ های ژورنال، فرکانس قفسه در برگیرنده ساچمه در بیرینگ و حتی فرکانس های خرابی گیربکس و کمپرسور و توربین در رنج های فرکانسی بالا اشاره کرد.

تغییر ماهیت و ذات یک تجهیز کار دشواری است و عمدتا سعی می‌شود که از خرابی ها . هم نهشتی فرکانس خرابی با فرکانس طبیعی جلوگیری گردد.

اما اگر این پروسه موفقیت آمیز نباشد تنها راه باقی مانده تغییر ماهیت و ذات سیستم به نحوی است که فرکانس خرابی و کارکردی در مجاورت هم تشدید نداشته باشند.

آنالیز مودال در صنعت چه کاربردی دارد؟

به مجموعه تست‌هایی که برای شناسایی فرکانس ذاتی و طبیعی تجهیز گرفته می‌شود آنالیز مودال گفته می‌شود. پس از تست آنالیز مودال و شناسایی فرکانس های طبیعی می بایست بررسی شود که ّآیا تحریک خرابی و فرکانس خرابی در نزدیکی این فرکانس موجود است یا خیر.

لازم به ذکر است که به سرعت دورانی در ناحیه فرکانس طبیعی دور بحرانی گفته می‌شود و اساسا قطعه نباید در نزدیکی دور بحرانی به فعالیت بپردازد.

طبیعی است که گذر از فرکانس طبیعی غیر قابل اجتناب است ولی نکته مهم این است که تجهیز در نباید در اطراف دور بحرانی و نزدیک به آن به فعالیت بپردازد.

تفاوت آنالیز مودال و ODS در چیست؟

سابقا در یک مقاله به تفضیل به بررسی ODS و تغییر شکل های سازه حین حرکت اشاره شد.ods معرف رفتار واقعی و خروجی تجهیز حین حرکت می باشد و حال آنکه ان رفتار متاثر از انواع خرابی های مکانیکی نیز می تواند باشد و خاصا ارتباط مستقیمی با تحریک فرکانس طبیعی ندارد.

در حالی که آنالیز مودال صرفا به روشن بودن تجهیز و حرکت آن معظوف نیست و حتی یک ساختمان نیز می تواند به مرور در اثر تحریم فرکانس های ذاتی در معرض بادهای تند تاثیرپذیر باشد.

لذا این دو روش به عنوان دو روش مجزا برای شناسایی سلامت یک تجهیز دوار مورد نیاز هستند. روش‌های مختلفی برای شناسایی فرکانس طبیعی وجود دارد.

اما ابتدا توصیه می گردد در صورت مشاهده تغییرات مداوم و غیر خطی ارتعاشات و هم چنین ناپایداری زاویه فاز بررسی جامع و کامل از فرکانس های طبیعی به عمل آید.در این دست از مواردبه صورت حتمی تست های مودال نیاز است و در مابقی موارد به عنوان یک تست مهم جانبی پیاده سازی این روش مفید خواهد بود.

چه روش‌هایی برای شناسایی فرکانس طبیعی وجود دارد؟

برای پیاده سازی تست آنالیز مودال می توان از روش‌های زیر استفاده نمود:

• تست ضربه با چکش‌های مخصوص (Hammer test) : در این روش با استفاده از چکش های مخصوص و با مقادیر مشخصی ضربه به نقاط مختلف زده می شود و نمودار تابع پاسخ فرکانس بر مبنای رفتار خروجی متاثر از رفتار چکش ترسیم می‌شود و فرکانس طبیعی در نمودارهای تابع پاسه فرکانسی مطالعه می‌گردد.
• تست با Shaker : این روش نیز مشابه با تست چکش است با این تفاوت که ضربه توسط یک ایجادکننده لرزه استاندارد تولید می گردد.
• تست Operational Modal Analysis : این روش به جای استفاده از تحریک قطعات با نیروهای خارجی از مطالعه نیروهای طبیعی وارده بر سطح قطعه استفاده می کند و به طور گسترده در بررسی برج خنک کن و سازه های قدیمی مفید و موثر است.
• تست های RUN UP , COAST Down : در این تست با استفاده از یک تاکومتر و سنسور ارتعاشات رفتار سازه حین روشن و خاموش شدن مطالعه می گردد تا در صورت گذر قطعه از فرکانس طبیعی حین روشن شدن و یا خاموش شدن این نواحی فرکانسی مشخص گردد.

جمع بندی

البته که با گسترش روزافزون تکنولوژی تست های مودال نیز به سرعت در حال رشد و گسترش هستند.در این مقاله به تفضیل به تفاوت بین آنالیز مودال و تغییرشکل سازه حین حرکت پرداخته شد.

همچنین تست های مرسوم برای شناسایی فرکانس طبیعی مرور شد. خواهشمند است در صورت نیاز به کسب اطلاعات بیشتر به دپارتمان آموزش ما تماس بگیرید. همچنین مجموعه مقالات تست آلتراسونیک و بررسی جامع بیرینگ های غلتشی در وبلاگ ما قابل مشاهده می باشد.

 

نویسنده:

مهیار زمانیان