Każda konstrukcja ma tendencję do drgania z określonymi częstotliwościami, zwanymi częstotliwościami drgań własnych lub rezonansowymi. Każda częstotliwość drgań własnych jest skojarzona z pewnym kształtem zwanym postacią drgań (modem), który model przybiera podczas drgań z tą częstotliwość.
Gdy konstrukcja zostanie odpowiednio wzbudzona obciążeniem dynamicznym o częstotliwości, która jest zgodna z jedną z jego częstotliwości drgań własnych, konstrukcja podlega dużym przemieszczeniom i naprężeniom. Zjawisko to jest znane jako rezonans. W układach bez tłumienia, rezonans teoretycznie powoduje ruch nieskończony. Reakcja konstrukcji spowodowana obciążeniami rezonansowymi jest jednak ograniczana przez tłumienie.
Jeżeli dany projekt podlega działaniu środowisk dynamicznych, nie można używać badań statycznych do oszacowania jego reakcji. Badania częstotliwości mogą pomóc w uniknięciu rezonansu i zaprojektowaniu układów izolujących drgania. Stanowią one również podstawę do szacowania reakcji układów dynamicznych liniowych, gdzie założona reakcja układu na środowisko dynamiczne jest równa sumie udziałów modów rozważanych w analizie.
W projektach niektórych urządzeń jest pożądany rezonans.
Model rzeczywisty posiada nieskończoną liczbę częstotliwości drgań własnych. Jednakże model elementu skończonego posiada skończoną liczbę częstotliwości drgań własnych, która jest równa liczbie stopni swobody rozważanych w modelu. Do większości celów potrzebnych jest tylko kilka pierwszych modów.
Częstotliwości drgań własnych i odpowiadające im postaci drgań (mody) zależą od geometrii, właściwości materiału i warunków wsparcia. Obliczenia częstotliwości drgań własnych i postaci drgań (modów) są znane jako analiza modalna, częstotliwości i modów normalnych.
Wideo: Przykładowe postaci drgań (mody) (animacja pierwszych kilku modów płyty prostokątnej podpartej swobodnie wzdłuż dwóch krótszych krawędzi).
Wpływ obciążeń na analizę częstotliwości
Podczas budowania geometrii modelu, zwykle jest ona tworzona w oparciu o pierwotny (niezdeformowany) kształt modelu. Niektóre obciążenia, takie jak własny ciężar konstrukcji są zawsze obecne i mogą mieć znaczący wpływ na kształt konstrukcji i jej właściwości modalne. W wielu przypadkach wpływ ten można zignorować, ponieważ wywołane ugięcia są małe.
Obciążenia wpływają na charakterystykę modalną obiektu. Generalnie, obciążenia ściskające zmniejszają częstotliwości rezonansowe, a obciążenia rozciągające zwiększają je. Można to łatwo zaobserwować zmieniając napięcie struny w skrzypcach. Im wyższe napięcie, tym wyższa częstotliwość (ton).
Nie ma potrzeby definiowania żadnych obciążeń w badaniu częstotliwości. Jeśli jednak będą one zdefiniowane, to ich wpływ zostanie uwzględniony.
Aby uwzględnić wpływ obciążenia na częstotliwości rezonansowe, konieczne jest użycie solvera Direct Sparse. Jeżeli dla Solvera wybrano ustawienie Automatyczny, solver Direct Sparse zostanie użyty, jeżeli w badaniu częstotliwości będą zdefiniowane obciążenia.
Obciążenia dynamiczne
Aby obliczyć reakcję na obciążenia dynamiczne i wzbudzenia podstawowe, należy użyć badań dynamicznych liniowych.
Wpływ obciążeń na częstotliwości i postaci drgań nie jest brany pod uwagę przy użyciu badań dynamicznych liniowych, ponieważ ich obliczenia są oparte na stanie modelu bez naprężeń. Zaleca się zdefiniowanie nieliniowego badania dynamicznego zamiast brania pod uwagę ewentualnego wpływu usztywnienia lub zmiękczenia naprężenia mogącego zmienić charakterystykę modalną modelu.