Automatické rázové buzení vibrujících struktur s laditelným frekvenčním spektrem

Abstract

Rázové buzení je zásadní součástí zjišťování funkce frekvenčního přenosu pro modální analýzu. Modální analýza zjišťuje dynamické vlastnosti mechanických struktur, s jejich znalostí můžeme například předcházet rezonanci, jež způsobuje nadměrný hluk, nebo dokonce destrukci konstrukcí s možnými fatálními následky. Automatizace rázového buzení s laditelným frekvenčním spektrem může vést k zjednodušení měřícího procesu, zvýšit množství i přesnost naměřených dat. V této práci byly prozkoumány základy rázového buzení, vlastnosti a výroba magnetoreologických materiálů. Byl vyvinut a vytvořen prototyp využívající vlastnosti magnetoreologických materiálů k ladění vybuzeného frekvenčního spektra, jeho funkčnost a vlastnosti byly dále testovány a vyhodnoceny. Na základě prvního, byl vyvinut druhý prototyp, který byl optimalizován pomocí metody konečných prvků magnetismu a vícekriteriálního genetického algoritmu. Experimentální testování ukázalo, že vyvinutý magnetoreologický prvek – MR pružina, dokáže ladit vybuzené frekvenční spektrum. MR pružina s magnetoreologickou pěnou dokázala plynule zvýšit vybuzené frekvenční spektrum o 121 %. Nejvyšší vybuzená frekvence byla 490 Hz, dosažena s kapslí z magnetoreologické kapaliny. Magnetoreologické materiály prokázali velký potenciál k využití v této aplikaci.

Impact excitation is an essential part of a frequency response function modal analysis measurement. The modal analysis finds dynamic characteristics of mechanical structures. With their knowledge, we may prevent resonance, which causes excessive noise and even fatal construction destruction. Automation of impact excitation with tunable frequency spectra may lead to simplification of measurement, increase a quantity and an accuracy of the measured data. In this thesis, impact excitation basics, magnetorheological material properties and production were investigated. Prototype exploiting properties of magnetorheological materials in squeeze mode to tune excited frequency spectra was developed, its function and properties were tested and evaluated. Based on the first prototype, the second one was designed and optimized with Finite element method magnetics and Multiobjective Genetic Algorithm. Experimental testing has shown that developed magnetorheological element - MR spring, is able to tune excited frequency spectra. MR spring with magnetorheological foam was able to increase fluently its stiffness by 121 %. The highest excited frequency (490 Hz) was achieved with capsuled magnetorheological fluid. Magnetorheological materials have shown great potential in this application.