Die Modalanalyse ist eine Messtechnik, die im Ingenieurwesen und in der Physik zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Strukturen, Bauwerken und Maschinen eingesetzt wird. Sie beinhaltet die Analyse der Eigenfrequenzen, Modalformen und Dämpfungskoeffizienten eines bestimmten Systems, um dessen Reaktion auf äußere Kräfte oder Störungen zu verstehen.
Was ist Modalanalyse?
Der Grundgedanke der Modalanalyse ist, dass jedes Objekt eine Reihe charakteristischer Frequenzen hat, bei denen die Schwingungen bei Anregung für eine bestimmte Zeit anhalten. Durch die Ermittlung dieser Eigenfrequenzen und der damit verbundenen Schwingungsformen können Ingenieure und Wissenschaftler verstehen, wie ein System auf verschiedene Arten von Erregung reagieren wird.
Die Modalanalyse wird häufig bei der Konstruktion und Optimierung von Strukturen wie Gebäuden, Brücken oder Flugzeugen sowie bei der Entwicklung mechanischer und elektrischer Systeme eingesetzt. Sie kann auch zur Diagnose von Problemen in bestehenden Systemen eingesetzt werden, beispielsweise um die Ursache von Vibrationen oder Geräuschen in Maschinen zu ermitteln.
Für die Modalanalyse werden verschiedene Techniken verwendet, darunter experimentelle Methoden wie Modaltests, bei denen die Reaktion einer Struktur auf bestimmte Kräfte gemessen wird, und numerische Methoden wie die Finite-Elemente-Methode, bei der ein System mithilfe mathematischer Gleichungen modelliert und seine Reaktion simuliert wird.
Worauf basiert die Modalanalyse?
Bei der Modalanalyse werden die Eigenfrequenzen, Modalformen und Dämpfungsverhältnisse von Strukturen oder Objekten untersucht, um deren dynamisches Verhalten zu verstehen. Mit dieser Technik lässt sich feststellen, wie eine Struktur oder Maschine auf äußere Kräfte oder Störungen reagiert, und sie kann auch helfen, potenzielle Schwingungsprobleme zu erkennen.
Wie wird eine Modalanalyse durchgeführt?
Die Modalanalyse wird in der Regel in mehreren Schritten durchgeführt:
- Definition des Struktur-/Systemmodells: Es muss ein genaues Modell der Struktur oder des Systems auf der Grundlage seiner tatsächlichen Abmessungen, Form und Materialeigenschaften erstellt werden. Das Modell kann anhand von Messungen oder mit Hilfe numerischer Modellierungssoftware wie der Finite-Elemente-Methode erstellt werden.
- Wahl der Messmethode – Je nach Art der Struktur oder des Systems können für die Modalanalyse verschiedene Messverfahren erforderlich sein, z. B. Schwingungsanalyse, Kraft- oder Verformungsmessung. Um genaue Ergebnisse zu erhalten, sollte die geeignete Messtechnik gewählt werden.
- Systemanregung – Um die dynamischen Antworten einer Struktur oder eines Systems zu erhalten, muss es durch eine impulsive Kraft oder ein kontinuierliches Signal angeregt werden. Die Anregung kann mechanisch oder elektrisch erfolgen, und die Schwingung der Struktur/des Systems kann mit Schwingungssensoren gemessen werden.
- Datenanalyse – Die Daten aus den Messungen werden mit verschiedenen Werkzeugen und Techniken analysiert, wie z. B. Frequenzanalyse, Antwortfunktionsanalyse, modale Muting-Methode und andere. Anhand der Ergebnisse der Datenanalyse lassen sich die Eigenfrequenzen, Modalformen und Dämpfungsverhältnisse des Systems bestimmen.
- Interpretation der Ergebnisse – Sobald die Ergebnisse der Modalanalyse vorliegen, müssen sie im Zusammenhang mit den spezifischen Konstruktionsanforderungen interpretiert werden. Die Modalanalyse kann Informationen über die Reaktion einer Struktur/eines Systems auf verschiedene Erregungen liefern, potenzielle Schwingungsprobleme aufdecken und zur Optimierung des Entwurfs für eine bestimmte Anwendung beitragen.
Es ist wichtig, dass die Modalanalyse in Übereinstimmung mit den einschlägigen Industrienormen und Richtlinien durchgeführt wird.
In jüngster Zeit hat die ModalAmplified™-Lösung von RDI Technologies™ es ermöglicht, den Datenerfassungsprozess erheblich zu verkürzen und die Form der Schwingung in einer tatsächlichen Ansicht des zu analysierenden Objekts zu visualisieren.
