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2017/12/16

Inventor應力分析 模態簡介

模態,Modal,可以說是結構的一種基本性質,
只要是由固定材質,依固定形狀幾何設計製造的物件,
理論都會有相同的模態。

例如以鋼製作的相同形狀、相同尺寸的音叉,
資料來源 : Wiki

基本上敲擊時就會發出相同頻率的聲音,
這個聲音的“頻率”跟音叉“振動時的形狀”就是音叉的模態,
這種特性被複製延伸應用到很多需要基準頻率的領域上。

不過真實情況中,其實還是會有一點點細微的差異,
使得每支音叉都會有其獨特的模態(頻率跟振動的形狀);
原因是材料製造時難免會有一點瑕疵存在於內部的不同位置,
另外就是加工過程中留下的細微差異(公差),
只是這些細微的差異所造成的影響可能不是人所能辨識得出來。

所有的物件幾乎都有這種細微差異所造成的獨有“模態”,
這種特性甚至成為潛艇偵測與辨識船隻用的身份代表,
或者是設備發生異常的警示用途。

撇除這些真實環境中的細微差異,
既然模態跟材料與幾何形狀有關,
那是否有機會可以計算出特定材料組成特定形狀的物件所具有的模態,
答案當然是有!就像上面的公式。

如果去修振動學課程,課程中的前半部就是在介紹如何計算系統的模態,
從單一彈簧與質量的簡單系統,
到複雜的連續系統,
如果數學不夠好,修過振動學之後,
心裡應該會有很大的陰影。
像我就是…

所幸現在有很多軟體可以幫助計算模態,
Inventor應力分析中的“模態分析”功能就是其中之一;
在有些軟體的使用者族群中則習慣把模態分析稱為“掃頻”,
其實這也是蠻貼切的講法,
把結構上一定數量或一定範圍內的模態(共振)頻率找出來;
目的在於確保不會跟系統中驅動裝置的激振頻率吻合造成共振的問題,
在會動的系統中這是非常重要的議題,
尤其是會以特定轉速、週期性往復活動的系統,例如車輛、船舶、飛機、火箭、橋樑、建築物等等,
系統的模態都必須先找出來,
確保不會在使用環境中發生共振的現象,
以避免振動疲勞造成破壞。

後續介紹模態的設定與使用方法。

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