Explication des fréquences naturelles, des modes de forme et des vibrations de SOLIDWORKS Simulation

Un élément important à prendre en compte lors de l'étude d'une conception est la manière dont les fréquences naturelles peuvent provoquer une résonance des structures. Cet effet est devenu célèbre en 1940, lorsque la cause de la Effondrement du pont de Tacoma Narrows  est encore étudié par de nombreuses écoles d'ingénieurs aujourd'hui. Avance vite jusqu'à aujourd'hui, SOLIDWORKS Simulation L'analyse des fréquences naturelles est incluse dans l'ensemble Simulation Professional. Elle permet non seulement aux concepteurs d'analyser ce comportement, mais les résultats sont relativement faciles à obtenir.

Observation des fréquences naturelles

Avant de commencer, les principaux facteurs pris en compte dans une étude de fréquence sont les suivants :

• Géométrie
• Fixtures/Soutien
• Charges vs. pas de frais
• Matériau (densité)

Article connexe>> Comparaison de l'analyse de fréquence de simulation SOLIDWORKS entre FEA et la réalité

Valeurs de fréquence avec support rigide (plastique)

Pour illustrer cela, voici un support de moteur simple avec supports. La géométrie consiste en une structure de jambe mince en matière plastique résistante. Le fond restera immobile sans aucune charge appliquée.

La première forme de mode démontre la fréquence fondamentale (la fréquence la plus basse) où l'objet présente cet effet pour la première fois.SOLIDWORKS, on peut animer ça pour avoir une meilleure image de la façon dont la fréquence fait osciller l'objet. Nous pouvons utiliser les résultats obtenus par SOLIDWORKS Simulation pour concevoir autour des effets dynamiques du moteur où il résonnerait une fréquence dans la même zone.

Les autres modes peuvent généralement être décrits comme les fréquences naturelles supérieures auxquelles le même phénomène se produira à leurs valeurs spécifiques. Avec SOLIDWORKS Simulation, les valeurs sont toutes répertoriées dans un tableau simplifié, ce qui facilite leur interprétation.

Forme de mode 1

Forme de mode 2

Les formes de mode varient dans l'animation en fonction de la prochaine valeur de fréquence obtenue. Ces renseignements peuvent être utiles pour indiquer les zones de la structure susceptibles d'osciller.

Valeurs de fréquence avec supports et charge

Il faut aussi tenir compte du fait qu'en ajoutant une charge, le modèle peut aussi subir des variations de rigidité, ce qui peut modifier les valeurs de fréquence naturelle. L'application de ce phénomène aux pieds du support a entraîné une perte de rigidité de la structure, et la fréquence fondamentale (mode n° 1) chute de 131 à 120 hertz.

Valeurs de fréquence sans charge ni support

Une situation semblable peut se produire lorsque l'étude ne contient aucune charge ni aucun équipement dans la configuration.

Les six premières formes de mode auront une fréquence nulle correspondant aux rotations et aux translations libres le long de XYZ. Toutes les formes de mode après la septième sont considérées comme des modes élastiques.

Dans SOLIDWORKS Simulation, ces formes de mode sont compilées en fonction des formes de mode rigides précédemment calculées.

Forme de mode 7

Sans aucun support rigide, la fréquence fondamentale de ce modèle a considérablement diminué et peut subir des oscillations plus tôt.

Valeurs de fréquence différentes selon le matériau (acier)

On peut remplacer le plastique par de l'acier pour observer l'effet de la masse volumique sur les valeurs de fréquence. Tel qu'illustré, la nouvelle gamme de valeurs sera différente et peut être large.

Analyse des vibrations

Une autre fonctionnalité de SOLIDWORKS Simulation permet d'étudier les effets vibratoires d'un modèle. Dans un exemple concret, ce racleur sera supporté à une extrémité et une force contondante (charge dynamique) appliquée à l'autre. La forme modale implique que, sans amortissement adéquat, la force contondante entraînerait des cycles d'oscillation infinis.

Lors de la configuration de cette fonction dans une étude de fréquence, aucune charge n'est appliquée, ce qui permet à l'objet de vibrer librement.

En étudiant les amplitudes sur le tracé, la zone en rouge se déplacerait environ deux fois plus que la zone verte.

Article connexe>> Tracé d'étude de fréquence avec SOLIDWORKS Simulation

Cette vibration libre démontre l'effet du déplacement par rapport à la charge dynamique (force réelle) appliquée et à la forme du mode généré par l'impact. Cela dit, il est possible de configurer la charge dynamique (disponible dans le paquet SOLIDWORKS Simulation Premium) pour obtenir les valeurs réelles de déplacement.

Pour visionner une démonstration de ces outils, visionnez la vidéo ci-dessous.

Plus de tutoriels SOLIDWORKS Simulation

Comment configurer une étude thermique dans SOLIDWORKS Simulation Professional

Tutoriel sur les tests de chute dans SOLIDWORKS Simulation

Tutoriels gratuits sur SOLIDWORKS Simulation

Nouveautés SOLIDWORKS 2022 : Simulation, écoulement et plastiques

Tutoriel d'analyse et de configuration d'études de mouvement SOLIDWORKS

VOIR TOUS LES TUTORIELS DE SIMULATION SOLIDWORKS