Autodesk Simulation – Modální analýza

V navrhovaných konstrukcích a strojních sestavách a součástech se běžně setkávají dva silně protichůdné požadavky – co nejvyšší tuhost pro co nejnižší úroveň vibrací, deformací a proti případnému poškození a zároveň je požadována co nejnižší hmotnost, což je většinou finanční aspekt či požadavek pro jednoduchost montáže, přepravy, obsluhy apod.

Každý z nás se již jistě setkal se špatně navrženou součástí či strojem, který vykazoval vysoké vibrace. Může to být příliš se třesoucí autobus, „zvonící“ plechy u počítačové skříně či různě se chvějící části v automobilu. Zejména případy v dopravních prostředcích jsou většinou omezeny na konkrétní podmínky. Autobusu vibrují okna jen při čekání na semaforu, nebo zastávce, nebo autu se klepe volant jen při rychlosti např. kolem 120km/h. Pokud jsou podmínky jiné, čili autobus se rozjede, nebo auto zpomalí či zrychlí, vibrace ustanou. To je většinou dáno tím, že vibrace, vznikající v motoru či od pneumatik automobilu, mají specifickou frekvenci danou otáčkami motoru či rychlostí automobilu. Pokud se tato frekvence shoduje s vlastní frekvencí dané součástky, tak dojde k rezonanci – součástka může rezonovat s podstatně vyšší amplitudou, než původní zdroj vibrací. 

Většinou nejsme schopni upravit zdroj vibrací (zdrojovou frekvenci) a jsme tedy nuceni modifikovat okolní součástky. K nalezení jejich vlastní frekvence slouží právě modální analýza. Ta nám poskytne analýzu nebezpečných frekvencí a my poté musíme zkontrolovat, jestli není v okolí dané součástky zdroj právě takové frekvence. V případě shody se musí geometrie či materiál součásti modifikovat tak, aby došlo ke změně této vlastní frekvence či frekvencí.

V následujícím videu můžete vidět postup analýzy vlastních frekvencí u nahodile zvolené plechové součásti.

Hlavním výsledkem modální analýzy je (jak je podrobněji popsáno ve videu) frekvence, při které dojde k rezonanci. Poměrně vyjímečně nás tedy nezajímá barevná škála a samotný průběh deformace, ale frekvence, které se zobrazují pod legendou (viz. obr. níže).