Ogni struttura tende a vibrare a determinate frequenze dette proprie o di risonanza. Ogni frequenza propria è associata ad una determinata forma, denominata forma modale, che il modello tende ad assumere quando vibra a tale frequenza.
Quando una struttura viene correttamente stimolata da un carico dinamico con una frequenza che coincide ad una delle frequenze proprie, la struttura è soggetta a grandi spostamenti e sollecitazioni. Questo fenomeno prende il nome di risonanza. Per i sistemi non smorzati, teoricamente la risonanza produce un movimento infinito. Lo smorzamento, tuttavia, impone un limite alla risposta delle strutture a causa dei carichi di risonanza.
Se il proprio progetto è soggetto ad ambienti dinamici, gli studi statici non possono essere usati per valutare il responso. Gli studi di frequenza possono aiutare ad evitare la risonanza e i sistemi di isolamento della vibrazione progettuale. Formano la base per la valutazione del responso dei sistemi dinamici lineari dove il responso di un sistema su un ambiente dinamico è assunto essere uguale alla somma dei contributi delle modalità considerate nell'analisi.
si consiglia la risonanza nella progettazione di alcuni dispositivi.
Un modello reale ha un numero infinito di frequenze proprie. Tuttavia, un modello agli elementi finiti ha un numero finito di frequenze proprie che è uguale al numero dei gradi di libertà considerati nel modello. Solo i primi due modi sono necessari nella maggior parte dei casi.
Le frequenze proprie e le forme modali corrispondenti dipendono dalla geometria, dalle proprietà del materiale e dalle condizioni di vincolo. Il calcolo delle frequenze proprie e delle forme modali è noto come analisi modale, di frequenza e della modalità normale.
Video: Forme modali di esempio (animazione delle prime modalità di un piano rettangolare semplicemente supportato lungo i suoi due bordi).
Effetto dei carichi sull'analisi della frequenza
Quando si costruisce la geometria di un modello, generalmente questa viene creata in base alla forma originale (indeformata) del modello. Alcuni carichi, come il peso della struttura, sono sempre presenti e possono produrre effetti considerevoli sulla forma della struttura e sulle proprietà modali. In molti casi, questo effetto può essere ignorato visto che le flessioni indotte sono piccole.
I carichi influenzano le caratteristiche modali di un corpo. Di norma, i carichi di compressione riducono le frequenze di risonanza ed i carichi di trazione li aumentano. Questa fatto è facilmente dimostrato variando la tensione di una corda di violino. Quanto più alta è la tensione, tanto più è alta la frequenza (tono).
Non è necessario definire i carichi in uno studio di frequenza, ma se sono definiti, gli effetti che producono saranno tenuti in considerazione.
Per includere l'effetto del carico sulla frequenza di risonanza, è necessario utilizzare il solutore diretto per matrici sparse. Se il solutore impostato è Automatico, sarà utilizzato il solutore Diretto per matrici sparse qualora siano stati definiti carichi per uno studio di frequenza.
Carichi dinamici
Usare gli studi dinamici lineari per calcolare il responso a causa dei carichi dinamici e delle eccitazioni base. L'effetto dei carichi statici sulle frequenze e sagome di modalità non è considerato quando si utilizzano gli studi dinamici lineari.