فهم الرنين في الأنظمة الميكانيكية

التعريف: ما هو الرنين؟

صدى هي ظاهرة فيزيائية تحدث عندما يتعرض نظام لقوة دورية بتردد يطابق أحد تردداته. الترددات الطبيعيةعند حدوث مطابقة التردد هذه، يبدأ النظام بالاهتزاز بسعات هائلة. تنتقل طاقة قوة الإدخال إلى النظام بكفاءة عالية، مما يتسبب في تزايد الاهتزاز بشكل كبير. العامل الوحيد الذي يحد من السعة عند الرنين هو قوة النظام. التخميد.

العلاقة بين التردد الطبيعي والرنين

لفهم الرنين، يجب أولاً فهم التردد الطبيعي. لكل جسم مادي مجموعة من الترددات الطبيعية التي يهتز بها عند أي اضطراب. تُحدد هذه الترددات بكتلته وصلابته. الرنين هو ما يحدث عند "دفع" الجسم باستمرار بنفس معدل أحد تردداته الطبيعية.

إن القياس الكلاسيكي هو دفع طفل على أرجوحة:

• الأرجوحة التي يوجد عليها الطفل لها تردد طبيعي محدد يعتمد على طول الحبال (الصلابة) وكتلة الطفل.
• إذا قمت بدفع التأرجح دفعة واحدة، فإنه سوف يتذبذب بتردده الطبيعي ويتوقف في النهاية بسبب التخميد (مقاومة الهواء والاحتكاك).
• إذا ضبطتَ توقيت دفعاتك لتتوافق تمامًا مع التردد الطبيعي للتأرجح، فإن كل دفعة تُضيف طاقةً أكبر للنظام، ويرتفع التأرجح أكثر فأكثر. هذا هو الرنين.
• إذا دفعت بالتردد الخاطئ (سريعًا جدًا أو بطيئًا جدًا)، فإن دفعاتك ستكون غير متزامنة مع حركة التأرجح، ولن تتمكن من بناء سعة كبيرة.

لماذا يعتبر الرنين مشكلة في الآلات؟

في الآلات الدوارة، يُعد الرنين حالةً شديدة التدمير والخطورة. وينشأ "الدفع" عن أي قوة دورية ناتجة عن تشغيل الآلة، مثل عدم التوازن، أو سوء المحاذاة، أو قوى مرور الشفرات. إذا تزامن تردد إحدى هذه القوى مع التردد الطبيعي لدوار الآلة، أو أساسها، أو هيكلها الداعم، أو الأنابيب المتصلة بها، فقد تكون العواقب وخيمة:

• مستويات الاهتزاز القصوى: يمكن تضخيم السعات بمقدار 10 أو 50 أو حتى مئات المرات، اعتمادًا على كمية التخميد.
• الضغوطات الديناميكية العالية: تسبب الانحرافات الكبيرة ضغطًا هائلاً على المكونات، مما يؤدي إلى التعب السريع.
• الفشل الكارثي: يمكن أن يؤدي الرنين إلى تشقق الأعمدة، وفشل المحامل، وكسر اللحامات، والفشل الهيكلي الكامل في فترة زمنية قصيرة جدًا.
• الضوضاء المفرطة: تشع مستويات الاهتزاز العالية على شكل ضوضاء عالية ونغمية في كثير من الأحيان.

أعراض الرنين والتعرف عليه

يوجد لمرض الرنين مجموعة مميزة جدًا من الأعراض التي تساعد في تشخيصه:

• اهتزاز عالي الاتجاه: يكون الاهتزاز عادة أعلى بكثير في اتجاه واحد (على سبيل المثال، الأفقي) منه في الاتجاهات الأخرى.
• ذروة حادة في الاهتزاز مقابل السرعة: يكون الاهتزاز عاليًا فقط ضمن نطاق سرعة ضيق جدًا. مع زيادة سرعة الآلة أو تباطؤها بعد هذه النقطة، ينخفض الاهتزاز بشكل كبير.
• تحول طوري بمقدار 180 درجة: مع مرور سرعة الآلة عبر التردد الرنيني، يتغير طور الاهتزاز بمقدار ١٨٠ درجة. وهذا تأكيد قاطع على وجود الرنين.
• من الصعب تحقيق التوازن: غالبًا ما تكون محاولة موازنة دوار يعمل بالرنين غير فعالة، بل قد تزيد المشكلة سوءًا. ستكون أوزان تصحيح التوازن كبيرة أو صغيرة بشكل غير معتاد، وقد ينتقل الاهتزاز إلى موقع مختلف.

تم تأكيد الرنين تجريبيا باستخدام اختبار التأثير (أو الاصطدام) لتحديد الترددات الطبيعية للهيكل، أو عن طريق إجراء اختبار الصعود/الانحدار لمراقبة تغيرات السعة والطور عندما تمر الآلة عبر الرنين المشتبه به.

كيفية حل مشكلة الرنين

نظرًا لأن الرنين هو مشكلة مطابقة التردد، فإن الحل ينطوي دائمًا على تغيير تردد "الدافع" أو "الدافع":

1. تغيير تردد الإجبار: هذا يعني عادةً تغيير سرعة تشغيل الآلة. هذا هو الحل الأبسط إن أمكن.
2. تغيير التردد الطبيعي: هذا هو الحل الأكثر شيوعاً.
   • To يزيد التردد الطبيعي، يجب عليك زيادة الصلابة للمكون الرنان (على سبيل المثال، عن طريق إضافة دعامة أو دعامة).
   • To ينقص التردد الطبيعي، يمكنك إما تقليل الصلابة أو إضافة كتلة إلى المكون.
3. إضافة التخميد: في بعض الحالات حيث لا يمكن تغيير الترددات، فإن إضافة التخميد (على سبيل المثال، باستخدام مواد لزجة مرنة أو مخمدات متخصصة) يمكن أن يقلل من سعة الذروة الرنانة إلى مستوى مقبول.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي