در دنیای مهندسی مکانیک و انرژیهای تجدیدپذیر، توربینهای بادی به عنوان یکی از مهمترین منابع تولید برق، نقشی حیاتی ایفا میکنند. اما عملکرد بهینه و طول عمر این توربینها وابستگی زیادی به پایداری سازهای پرههای آنها دارد. پرهها به دلیل قرار گرفتن در معرض نیروهای دینامیکی شدید باد، ارتعاشات پیچیدهای را تجربه میکنند که در صورت عدم کنترل، میتواند منجر به خستگی ماده، ترکخوردگی و در نهایت شکست فاجعهبار شود. اینجاست که تست مودال به عنوان یک ابزار قدرتمند مهندسی وارد عمل میشود.
تست مودال چیست؟
تست مودال یک روش آزمایشگاهی و تحلیلی است که برای شناسایی خواص دینامیکی یک سازه به کار میرود. این خواص شامل فرکانسهای طبیعی (یا فرکانسهای رزونانس)، شکلهای مودال و میرایی هستند.
فرکانس طبیعی: فرکانسی است که یک سازه در آن به طور طبیعی و با حداقل انرژی به ارتعاش درمیآید. اگر فرکانس تحریک خارجی (مثلاً فرکانس باد) با فرکانس طبیعی سازه یکسان شود، پدیده رزونانس رخ میدهد که میتواند منجر به ارتعاشات بزرگ و مخرب شود.
شکل مودال: نشاندهنده الگوی تغییر شکل سازه در هر فرکانس طبیعی است.
میرایی: توانایی سازه برای اتلاف انرژی ارتعاشات را نشان میدهد.
پروژهای که در بهمنماه ۱۴۰۳ در شرکت فناوری ارتعاشات مدرس انجام شد، یک نمونه عینی از اهمیت این فرآیند است. در این پروژه، یک پره توربین بادی با توان یک کیلووات مورد آزمایش قرار گرفت. این نوع توربینها معمولاً در مقیاس کوچک برای مصارف خانگی یا پروژههای تحقیقاتی استفاده میشوند، اما اصول مهندسی آنها تفاوتی با توربینهای بزرگ ندارد.
فرآیند تست مودال
برای انجام این تست، مراحل زیر طی شد:
آمادهسازی پره: ابتدا پره به گونهای در محیط آزمایشگاه مهار شد که شرایط مرزی واقعی آن (یعنی نحوه اتصال به روتور توربین) شبیهسازی شود.
نصب سنسورها: شتابسنجهای بسیار حساس (سنسورهای ارتعاشی) در نقاط استراتژیک روی پره نصب شدند. این سنسورها وظیفه اندازهگیری ارتعاشات پره را بر عهده داشتند.
اعمال تحریک: برای تحریک پره و وادار کردن آن به ارتعاش در فرکانسهای مختلف، از یک چکش ضربهزن مودال (Impact Hammer) یا یک شیکر (Shaker) استفاده شد. با ضربه زدن به پره، انرژی در طیف وسیعی از فرکانسها به آن منتقل شد.
تحلیل دادهها: دادههای ثبتشده توسط سنسورها به یک دستگاه تحلیلکننده منتقل شد. با استفاده از نرمافزارهای تخصصی، پاسخهای فرکانسی پره استخراج و نمودارهای مربوطه رسم شد. تحلیل این نمودارها، فرکانسهای طبیعی، شکلهای مودال و ضرایب میرایی پره را مشخص کرد.
