Jede Struktur hat die Tendenz, bei bestimmten Frequenzen, die als Eigenfrequenz oder Resonanzfrequenzen bezeichnet werden, zu vibrieren. Jede Eigenfrequenz ist mit einer bestimmten Form, der Schwingungsform, verbunden. Das Modell neigt dazu, diese Form beim Vibrieren in dieser Frequenz anzunehmen.
Wenn ein Modell mit dynamischen Lasten und einer Frequenz angeregt wird, die sich genau mit der Eigenfrequenz deckt, unterliegt die Struktur großen Auslenkungen (Verschiebungen und Spannungen). Dieses Phänomen ist als Resonanz bekannt. Bei ungedämpften Systemen kann die Resonanz theoretisch unendlich große Bewegungen verursachen. Eine Dämpfung setzt der Reaktion der Strukturen auf resonante Belastungen jedoch Grenzen.
Wenn Ihre Konstruktion dynamischen Umgebungen unterliegt, können statische Studien nicht für die Bewertung der Reaktion verwendet werden. Die Frequenzanalysen können helfen, Resonanz und Schwingungsisolationssysteme zu vermeiden. Sie bilden auch die Basis für die Bewertung der Reaktion linearer dynamischer Systeme, wo die Reaktion eines Systems auf eine dynamische Umgebung als gleich der Summe der Beiträge von in der Analyse berücksichtigten Schwingungsformen angenommen wird.
Bei der Konstruktion bestimmter Geräte sind Resonanzen wünschenswert.
Ein echtes Modell hat eine unendlich große Anzahl von Eigenfrequenzen. Ein Finite-Elemente-Modell hat dagegen eine endliche Anzahl von Eigenfrequenzen, die der Anzahl der Freiheitsgrade entsprechen, die im Modell vorhanden sind. In den meisten Fällen werden nur die ersten paar Schwingungsformen benötigt.
Die Eigenfrequenzen und die entsprechenden Schwingungsformen hängen von der Geometrie, den Materialeigenschaften und den Stützbedingungen ab. Die Berechnung der Eigenfrequenzen und der Schwingungsformen ist als modale, Frequenz- oder Normalschwingungsanalyse bekannt.
Video: Beispiele für Schwingungsformen (Animation der ersten paar Modi einer rechteckigen Platte, die entlang der beiden kurzen Kanten unterstützt wird).
Auswirkungen von Lasten auf Frequenzanalysen
Wenn Sie die Geometrie eines Modells erstellen, nehmen Sie gewöhnlich die ursprüngliche (unverformte) Form des Modells als Grundlage. Einige Lasten, wie beispielsweise das Eigengewicht der Struktur, sind immer vorhanden und können beträchtliche Auswirkungen auf die Form der Struktur und ihre modalen Eigenschaften haben. In den meisten Fällen können diese Auswirkungen ignoriert werden, weil die induzierten Verformungen gering sind.
Lasten beeinflussen die modalen Eigenschaften eines Körpers. So verringern im Allgemeinen Druckbelastungen die Resonanzfrequenzen, während Zugbelastungen diese erhöhen. Diese Tatsache lässt sich leicht anhand der Veränderung der Spannung einer Geigensaite demonstrieren. Je höher die Spannung, umso höher ist die Frequenz (und damit der Ton).
Sie müssen keine Lasten für eine Frequenzstudie definieren, aber wenn Sie es tun, werden deren Auswirkungen miteinbezogen.
Um die Auswirkung der Belastung auf die Resonanzfrequenzen zu berücksichtigen, müssen Sie den Intel Direct Sparse Solver verwenden. Wenn die Option für den Intel Direct Sparse Solver auf Automatisch eingestellt ist, wird der Direkte Gleichungslöser verwendet, wenn Lasten für eine Frequenzstudie definiert sind.
Dynamische Lasten
Verwenden Sie lineare dynamische Studien für die Berechnung der Reaktion infolge von dynamischen Lasten und Basiserregungen.
Die Auswirkungen von Lasten auf Frequenzen und Schwingungsformen werden in linearen dynamischen Studien nicht berücksichtigt, da ihre Berechnung auf einem spannungslosen Modellstatus basiert. Es wird empfohlen, eine nicht lineare dynamische Studie zu definieren, anstatt mögliche spannungsversteifende oder spannungserweichende Auswirkungen zu berücksichtigen, die die modalen Eigenschaften des Modells ändern können.