La prueba modal es una forma de prueba de vibración de un objeto mediante la cual se determinan las frecuencias naturales (modales), las masas modales, las relaciones de amortiguamiento modal 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 suele denominarse análisis modal o análisis modal experimental.
Existen varias formas de realizar pruebas modales, pero las pruebas con martillo de impacto y con vibrador (probador de vibraciones) son las más comunes. En ambos casos, se suministra energía al sistema con un contenido de frecuencia conocido. Cuando se producen 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)) suele ajustarse 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.
Un impacto ideal sobre una estructura es un impulso perfecto, que tiene una duración infinitamente pequeña, lo que provoca 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, sino que 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 menor. Se conecta una celda de carga al extremo del martillo para registrar la fuerza. La prueba del 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 , que es común en las grandes estructuras de ingeniería civil .
Un vibrador es un dispositivo que excita el objeto o la estructura de acuerdo con su señal de entrada amplificada. Hay varias señales de entrada disponibles para las pruebas modales, pero los perfiles de vibración de frecuencia aleatoria y de barrido sinusoidal son, con diferencia, las señales más utilizadas.
Los objetos o estructuras pequeños se pueden unir directamente a la mesa vibratoria . En algunos tipos de vibradores, se suele unir una armadura al cuerpo que se va a probar 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 del aguijón, el objeto responde de la misma manera que en la prueba de impacto, atenuando algunas frecuencias y amplificando ciertas frecuencias. Estas frecuencias se miden como frecuencias modales. Por lo general, se coloca una celda de carga entre el vibrador y la estructura para obtener la fuerza de excitación.
Para las grandes estructuras de ingeniería civil se utilizan vibradores mucho más grandes, que pueden tener una masa de 100 kg o más, y son capaces de aplicar una fuerza de muchos cientos de newtons . Hay varios tipos de vibradores comunes: vibradores de masa rotatoria, vibradores electrodinámicos y vibradores electrohidráulicos. Para los vibradores de masa rotatoria, la fuerza se puede calcular conociendo la masa y la velocidad de rotación, mientras que para los vibradores electrodinámicos, la fuerza se puede obtener a través de una celda de carga o un acelerómetro colocado en la masa en movimiento del vibrador. Los vibradores tienen 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 vibradores pueden influir en las propiedades dinámicas de la estructura y también pueden aumentar la complejidad del análisis debido a errores de ventana .