Výhody vizualizace

Vizualizace diagnostických veličin je vhodná pro široké spektrum profesí těžících z jejích výsledků. Zabýváme se tvorbou vizualizačních metod pro zobrazení vypočtených hlukových map a animacemi vibračních pohybů. Výstupy vizualizačních metod jsou vizuálně velmi názorné. Klíčovým faktorem při řešení daného problému může být zapojení širokého týmu lidí. Konstruktér, provozovatel nebo majitel tak mají šanci reálně vidět konkrétní diagnostický problém nebo hlukovou situaci. Maximální výhody těchto vizualizačních metod jsou například pro:

konstruktéry

• při vývoji stroje (zvýšení tuhosti namáhaných částí)
• cesta, jak splnit náročné požadavky na hlučnost a obstát na trhu
• zjištění způsobu namáhání stroje
• snížení vibrací u mnoha strojů umožňuje zvýšení rychlosti a přesnosti výroby
• pochopení a analýza dynamických vlastností stroje

vedoucí pracovníky výroby

• možnost nastavení optimálního provozního stavu stroje
• prodloužení životnosti strojů (snížení výrobních nákladů)
• snížení vibrací vede ve většině případů ke zvýšení kvality výroby
• snížení hluku a vibrací strojů pomocí pružného uložení

pracovníky rozhodující o nákupu strojů

• pomoc při rozhodování mezi několika stroji před jejich zakoupením
• kontrola stavu strojů po jejich přejímce

uživatele strojů a pracovníky servisu

• možnost optimálního seřízení stroje
• minimalizace emitovaného hluku (lokalizace zdrojů hluku)
• kontrola stroje po montáži nebo po generální opravě
• posouzení hlavních příčin provozních problémů 

Provozní tvary kmitů

Provozní tvary kmitů PTK (Operating Deflection Shapes ODS) odstraňují nevýhodu mnoha diagnostických metod, kterou je srozumitelnost úzkému specializovanému okruhu operátorů. Tím PTK poskytují možnost zapojit do řešeného technického problému i specialisty v jiných oborech nebo i veřejnost.

Metoda PTK je v principu jednoduchá, spočívající ve stanovení amplitud vibrací v jednotlivých charakteristických bodech a vzájemných fází. Takto experimentálně zjištěná data slouží k animaci vibračního pohybu. Při animaci je skutečný pohyb zesílen do výchylek vnímatelných lidským okem a zpomalen na nízkou frekvenci.

PTK je metoda, která umožňuje názorným způsobem pomocí animace vibračního pohybu sledovat dynamické vlastnosti strojních zařízení přímo v pracovních podmínkách. Umožňuje odhalit příčiny poruch a napomáhá při optimalizacích konstrukce. Průběh námi prováděného měření nijak neomezuje stroj v jeho činnosti, omezující nejsou ani rozměry a tvar měřeného objektu.

Metoda PTK umožňuje:

• identifikaci dynamických vlastností
• posouzení hlavní příčiny provozních problémů
• získání podkladů o chování stroje při zvolených provozních podmínkách
• návrh a řešení pružného uložení
• kontrolu správné montáže stroje
• vhodné posouzení stroje při jeho přejímce 
• metoda obecně nevyžaduje linearitu mezi budícími silami a odezvou ve formě mechanického pohybu
• metoda je především zviditelněním skutečného, lidskými smysly neidentifikovatelného pohybu

Lokalizace zdrojů hluku

Pro návrh protihlukových opatření nebo pro snížení hluku z provozu daného stroje, je nezbytné nalezení samotného zdroje tohoto hluku. Zdroj zvuku lze nalézt rozborem frekvenčního spektra, ale jeho šíření může být, vzhledem k rozměrům daného stroje a způsobu jeho uložení, mnohem složitější.

Jediným způsobem jak nalézt skutečné místo, ze kterého je daný zvuk emitován do okolí, je měření akustické energie v okolí zdroje hluku. Výsledkem těchto měření může být vytvoření hlukové mapy. Pokud bude tato hluková mapa zkombinována s obrázkem měřeného objektu, vznikne dokonalý podklad pro lokalizaci samotného zdroje hluku.

Výsledné hlukové mapy nejčastěji zobrazují akustickou energii na vybrané frekvenci a pomáhají nám identifikovat místa, ve kterých dochází k výraznému vyzařování akustické energie do okolí. Tento vizuální pohled na mapy hluku je pro nás výhodný i z důvodu dobré prezentovatelnosti výsledků měření a sdělení důležitých informací ostatním řešitelům nebo zákazníkům.

V současné době lokalizaci zdrojů hluku provádíme v širokém frekvenčním rozsahu od cca 30 Hz do 10.000 Hz. Mezi typy objektů, na kterých můžeme identifikovat zdroje hluku, patří běžné výrobky v automobilním průmyslu, výrobní stroje a velké objekty například v energetice.

Výhodou některých metod je i bezkontaktnost umožňující lokalizaci zdroje hluku, který je například pod vysokým napětím.

Lokalizaci tímto způsobem provádíme na statických objektech různých velikostí a v současné době dokážeme lokalizovat i konkrétní zdroj hluku na pohybujících se objektech jako jsou například tramvaje.

Modální analýza

Modální analýza je nenahraditelnou pomůckou konstruktéra a výpočtáře využívajícího metody konečných prvků. Tato vizualizační metoda zkoumá vlastnosti samotného měřeného objektu, jako jsou vlastní frekvence, modální hmotnosti, tuhosti a tlumení. Mimo tyto základní vlastnosti dynamického chování soustavy nám poskytuje vizuální informaci o tvaru dané vlastní frekvence.

Konstruktér by se měl vyhnout situaci, kdy při běžném provozu stroje dojde k buzení vlastní frekvence. Souhře těchto dvou jevů se říká rezonance. A právě zde nám přináší modální analýza možné řešení problému. Nejen že zjistíme přítomnost vlastní frekvence, ale zjistíme i její tvar. Na obrázku je zobrazena vlastní frekvence nosníku při jeho ohybu. Z této informace může konstruktér těžit a navrhnout vhodné opatření na eliminaci tohoto typu namáhání. Pokud by posuzovaná vlastní frekvence měla vlastní tvar například krut, opatření na její eliminaci by musela být jiná.

Pro výpočtáře pracující s modely v MKP přináší námi prováděná praktická modální analýza potvrzení jejich výpočtů a upřesnění materiálových a strukturálních konstant.

Vypočtené hladiny hluku

Zobrazení vypočtených předpokládaných hladin hluku je důležitým výsledkem matematické simulace v interiéru nebo v exteriéru. Pro posouzení akustické situace je nezbytný vizuální pohled na řešené území.

Pro realizace akustických výpočtů a zobrazení hladin hluku v interiérech používáme náš program IZOFONIK. Akustické výpočty v exteriérech řeší často rozsáhlá území a vizualizace výsledných hladin hluku umožňuje i prostorové zobrazení terénu s vykreslenými hladinami hluku.

Vizualizace předpokládaných hladin hluku umožňují hledat optimální cesty pro návrhy účinných protihlukových opatření. Tato protihluková opatření jsou často nezbytným krokem k splnění příslušných hygienických limitů.

Přechodové děje

Naší specializací je využívání vícekanálového měřidla. S rostoucími možnostmi měřicí techniky začíná být v současné době možné provádět měření přechodových jevů za účelem jejich vizualizace. Tato vizualizace může například zobrazit přejezd kola přes nerovnost, rychlé zastavení kabiny výtahu, dovření dveří nebo pohyby nástroje vůči obrobku.

Vizualizace přechodových jevů je teoreticky velmi jednoduchá. Stačí provést synchronizovaný záznam vibračních signálů a pak z něj vybrat příslušnou část záznamu pro vytvoření animace. Její realizace je však složitější.

Důvodem je nutnost provést měření všech signálů současně. Přechodové děje jsou často jedinečné (jev s pouze částečnou reprodukovatelností) a nelze proto využít referenční snímač pro následné spojení naměřených dat získaných v různých časech.

Animace na vedlejším obrázku zobrazuje pracovní desku stroje a její odezvu na přisunutí podavače. Měření vzniklo synchronním měřením 12 ti kanálů vibračního signálu. Stejně jako u vizualizační metody PTK jsou naměření hodnoty posuzovaného jevu amplitudově výrazně zesíleny a zpomaleny v čase, aby bylo možné přechodový děj analyzovat.