La prueba modal es la forma de prueba de vibración de un objeto mediante la cual se determinan las frecuencias naturales (modales), las masas modales, las relaciones modales de amortiguación y las formas modales del objeto bajo prueba.
Una prueba modal consta de una fase de adquisición y una fase de análisis. El proceso completo a menudo se denomina análisis modal o análisis modal experimental.
Hay varias formas de realizar pruebas modales, pero las pruebas de martillo de impacto y las pruebas de sacudidores (probador de vibraciones) son comunes. En ambos casos se suministra energía al sistema con un contenido de frecuencia conocido. Donde ocurren resonancias estructurales habrá una amplificación de la respuesta, que se ve claramente en los espectros de respuesta. Utilizando los espectros de respuesta y los espectros de fuerza, se puede obtener una función de transferencia . La función de transferencia (o función de respuesta de frecuencia (FRF)) a menudo se ajusta a una curva para estimar los parámetros modales; sin embargo, existen muchos métodos de estimación de parámetros modales y es el tema de mucha investigación.
Prueba modal de martillo de impacto
Un impacto ideal en una estructura es un impulso perfecto, que tiene una duración infinitamente pequeña, provocando una amplitud constante en el dominio de la frecuencia; esto daría como resultado que todos los modos de vibración se exciten con la misma energía. La prueba del martillo de impacto está diseñada para replicar esto; sin embargo, en realidad, un golpe de martillo no puede durar una duración infinitamente pequeña, pero tiene un tiempo de contacto conocido. La duración del tiempo de contacto influye directamente en el contenido de frecuencia de la fuerza , y un tiempo de contacto mayor provoca un rango de ancho de banda más pequeño. Se adjunta una celda de carga al extremo del martillo para registrar la fuerza. La prueba de martillo de impacto es ideal para estructuras pequeñas y livianas; sin embargo, a medida que aumenta el tamaño de la estructura, pueden surgir problemas debido a una mala relación señal / ruido . Esto es común en las grandes estructuras de ingeniería civil .
Prueba modal de agitador
Un agitador es un dispositivo que excita el objeto o estructura de acuerdo con su señal de entrada amplificada. Varias señales de entrada están disponibles para pruebas modales, pero el barrido sinusoidal y los perfiles de vibración de frecuencia aleatoria son, con mucho, las señales más utilizadas.
Los objetos o estructuras pequeños se pueden unir directamente a la mesa vibradora . Con algunos tipos de agitadores, a menudo se une una armadura al cuerpo para probarla mediante una cuerda de piano (fuerza de tracción) o un aguijón (fuerza de empuje). Cuando la señal se transmite a través de la cuerda de piano o el aguijón, el objeto responde de la misma manera que las pruebas de impacto, atenuando algunas y amplificando ciertas frecuencias. Estas frecuencias se miden como frecuencias modales. Por lo general, se coloca una celda de carga entre el agitador y la estructura para obtener la fuerza de excitación.
Para grandes estructuras de ingeniería civil, se utilizan agitadores mucho más grandes, que pueden pesar 100 kg o más y aplicar una fuerza de muchos cientos de newtons . Son comunes varios tipos de agitadores: agitadores de masa rotativos, agitadores electrodinámicos y agitadores electrohidráulicos. Para agitadores de masa rotativos, la fuerza se puede calcular conociendo la masa y la velocidad de rotación; para el agitador electrodinámico, la fuerza se puede obtener a través de una celda de carga o un acelerómetro colocado sobre la masa en movimiento del agitador. Los agitadores pueden tener una ventaja sobre el martillo de impacto, ya que pueden suministrar más energía a una estructura durante un período de tiempo más largo. Sin embargo, también se pueden introducir problemas; Los agitadores pueden influir en las propiedades dinámicas de la estructura y también pueden aumentar la complejidad del análisis debido a errores de ventanas .