Alle Dinge schwingen. Denken Sie an Musikinstrumente, eine Fahrt in einem Auto mit einem nicht ausgewuchteten Reifen, das Vibrieren eines Flugzeugs, wenn der Pilot die Motoren aufheulen lässt oder die Vibrationen unter Ihren Füßen, wenn ein Zug vorbeifährt.
In der Regel sind Schwingungen unerwünscht und häufig unvermeidbar. Sie können eine allmählich Schwächung von Strukturen und den Verschleiß von Metallen (Ermüdung) in Autos und Flugzeugen bewirken.
Bei Schwingungen geht es um Frequenzen. Von Natur aus umfassen Schwingungen sich wiederholende Bewegungen. Jedes Auftreten einer vollständigen Bewegungssequenz wird als Zyklus bezeichnet. Die Frequenz wird über die Anzahl der Zyklen in einem bestimmten Zeitraum definiert. Ein Zyklus pro Sekunde entspricht einem Hertz.
Einzelne Bauteile haben natürliche Eigenfrequenzen. Beispielsweise schwingt eine Violinensaite mit einer bestimmten Spannung nur bei einer festgelegten Anzahl von Frequenzen, deshalb kann man bestimmte musikalische Töne erzeugen. Es gibt eine Grundfrequenz, in der die gesamte Saite in einer einfachen Bogenform vor und zurück schwingt. Harmonien und Obertöne treten auf, da die einzelnen Abschnitte der Saite in der Gesamtschwingung unabhängig voneinander schwingen können. Die verschiedenen Formen werden als Modusformen bezeichnet. Die Grundfrequenz schwingt in der ersten Modusform usw. entlang der Tonleiter. Jede Modusform hat eine zugeordnete Frequenz. Höhere Modusformen haben höhere Frequenzen.
Die schlimmsten Konsequenzen treten auf, wenn ein kraftbetriebenes Gerät wie z. B. ein Motor eine Frequenz erzeugt, mit der die daran befestigte Struktur von Natur aus vibriert. Dieses Ereignis wird als Resonanz bezeichnet. Wenn Schwingungen Resonanz in einem Objekt verursachen, kommt es zur Zerstörung, es sei denn, es ist dafür konstruiert, die Spannung auszuhalten. Eine Weinglas ist beispielsweise nicht stabil genug, um die Resonanz auszuhalten, die durch eine Opernsängerin verursacht wird.
Ingenieure müssen bei der Konstruktion beachten, dass beim normalen Betrieb von Maschinen keine Resonanz auftritt. Dies ist der Hauptzweck der Eigenfrequenzanalyse (Modalanalyse). Im Idealfall sollte der erste Modus eine Frequenz höher als mögliche Antriebsfrequenzen liegen.
Ein Ergebnis der Eigenfrequenzanalyse (Modalanalyse) ist eine Reihe von Restart-Dateien. Diese Dateien werden von linearen dynamischen Analysearten verwendet, die mit der Methode der modalen Überlagerung arbeiten: Dynamic Design Analysis Method (DDAM), Frequenzantwort, zufällige Schwingungen, Antwortspektrum und transiente Spannung (modale Überlagerung). Führen Sie zuerst die Eigenfrequenzanalyse durch. Wenn die dynamischen Lasten erhebliche Auswirkungen auf die Eigenfrequenzen haben, verwenden Sie die Analyse Eigenfrequenzen (Modal) mit Lastversteifung.
Obwohl die Ergebnisse in einer Eigenfrequenzanalyse (Modalanalyse) Verschiebungen umfassen, verwenden Sie diese Verschiebungen nur zur Visualisierung der Modusform. Die Größe der Verschiebungen ist relativ zueinander. Die Eigenfrequenz ist aufgrund unbekannter dynamischer Lasten ein theoretisches Ergebnis, sodass die Ergebnisse keine absoluten Verschiebungen enthalten.
Nachdem Sie die Modalanalyse durchgeführt haben, führen Sie eine Schwingungsanalyse durch. Lasten werden auf das Modell angewendet, und die Verschiebungsergebnisse haben einen physischen Wert.
Die Modalanalyse erfordert mehr Freiheitsgrade im Modell als die Anzahl der berechneten Frequenzen (Modus). Vereinfachte Testmodelle werden möglicherweise nicht analysiert, wenn das Netz grob eingestellt ist.