EMA vs. FEA

Postado em 18 de maio de 2018 por

EMA vs. FEA

 

A frequência natural é um parâmetro importante a ser conhecido na concepção de projeto de máquinas, como também na resolução de problemas estruturais.

Caso a frequência de operação coincida com a frequência natural, ocorre o fenômeno da ressonância, onde as amplitudes de vibração são amplificadas fazendo com as solicitações estruturais aumentem de forma drástica, levando muitas vezes a falha total do equipamento.

A frequência natural pode ser definida por:

Onde:

  • K – Rigidez;
  • m – Massa;

Considere 03 sistemas massa mola fixados acima de uma mesa vibratória:

 

O sistema possui a mesma massa com diferente rigidez entre uma estrutura e outra, e, portanto, pode-se concluir que a menor frequência natural estará presente no sistema massa-mola mais alto, e que a maior frequência natural estará presente no sistema massa-mola mais baixo.

Esse teste foi realizado pelo Prof. O. Kwon da Universidade de Missouri

Clique aqui.

Entendendo os conceitos básicos de frequência natural, percebe-se que se algum equipamento operar próximo da frequência natural, as amplitudes de vibração vão ser amplificadas e que na maioria das vezes* vai prejudicar a durabilidade do mesmo.

* Alguns equipamentos são projetados para operar muito próximo da frequência natural (ex. peneira vibratória).

Neste artigo, iremos apresentar 02 metodologias para identificar as frequências naturais de um protótipo.

  • Análise Modal Virtual – Elementos Finitos
  • Análise Modal Experimental – EMA

A análise modal virtual através do método dos Elementos Finitos, consiste em uma simulação onde é possível identificar os modos de vibração e as frequências naturais do modelo CAD considerado para a análise.

A análise modal experimental consiste em uma técnica onde um impacto é gerado por um martelo modal e a resposta de vibração é obtida por um acelerômetro. Com base nesses dois sinais é calculado função de resposta em Frequência (FRF), podendo definir os modos de vibração, as frequências naturais e fator de amortecimento de uma estrutura real.

Para deixar esses conceitos mais fáceis, a análise modal considerando as duas metodologias é realizada no protótipo abaixo:

Figura 1 – protótipo analisado

 

Figura 2 – Modelo FEA

Análise Modal Virtual – Elementos Finitos

Malha:

Na imagem abaixo é mostrado a malha utilizada no modelo.

Figura 3 – Malha do modelo

Condições de contorno utilizadas:

O bloco de alumínio foi considerado fixo na face inferior, fazendo referência a fixação aplicada na morsa no protótipo real.

Figura 4 – Fixed Support

Material:

Figura 5 – Materiais definidos para a geometria

Resultados:

O modo de vibração representa como a geometria “vibra” caso entre em ressonância.

O 1º modo de vibração é mostrado abaixo:

Figura 6 – Primeiro modo 11,2Hz

As três primeiras frequências naturais do protótipo são listadas abaixo:

Análise Modal Experimental – EMA

O teste foi realizado considerando o impacto de um martelo modal e a resposta medida por um acelerômetro no lado oposto, de acordo com a imagem abaixo:

Figure 7 – Procedimento do teste

Resultados:

A FRF obtida é mostrada abaixo:

Figura 8 – Medição da FRF

Note a existência de um pico de amplitude na frequência de 11,5Hz, mostrando que nessa região existe uma frequência natural.

Conclusão:

Os resultados obtidos na análise de elementos finitos e modal experimental são comparados abaixo:

Note que as frequências naturais são muito próximas, e, portanto, as diferentes metodologias convergem para o mesmo resultado.

Algumas observações importantes sobre cada uma das técnicas:

A identificação da frequência natural é extremamente importante para a concepção de projetos adequados, bem como a resolução de problemas em máquinas que apresentam vibrações excessivas.

A Ensus é especializada na realização de análise modal experimental (EMA), operating deflection shape (ODS) e elementos finitos (FEA) que são ferramentas assertivas para a resolução de problemas estruturais.

Aprenda um pouco mais sobre essas técnicas acessando os artigos abaixo:

José Guilherme

José Guilherme

Engenheiro Mecânico pela Universidade Presbiteriana Mackenzie e pós-graduado em Análise Estrutural utilizando o Método dos Elementos Finitos pelo Instituto ESSS....
Saiba mais sobre o autor

2 comentários em “EMA vs. FEA”

  1. Fábio Medeiros disse:

    Vcs ministram curso de ODS ?

    • José Guilherme José Guilherme disse:

      Fábio,

      Estamos analisando a possibilidade de oferecermos cursos de ODS.
      Assim que tivermos alguma novidade te informo.
      Obrigado

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