Pochopení přirozené frekvence

Definice: Co je to přirozená frekvence?

A přirozená frekvence je specifická frekvence, s níž bude objekt nebo systém kmitat, pokud je vyveden z klidové polohy a poté ponechán volně vibrovat bez jakýchkoli vnějších sil. Je to inherentní, základní vlastnost objektu, určená výhradně jeho fyzikálními vlastnostmi: jeho mše a jeho ztuhlostKaždý fyzický objekt, od kytarové struny přes kobylku až po nosnou konstrukci stroje, má jednu nebo více vlastních frekvencí.

Vztah mezi hmotností, tuhostí a vlastní frekvencí

Vztah mezi těmito třemi vlastnostmi je jednoduchý a intuitivní:

• Ztuhlost: Tužší předmět má *vyšší* vlastní frekvenci. Představte si kytarovou strunu: utažení struny (zvýšení její tuhosti) zvyšuje výšku tónu (frekvenci).
• Mše: Hmotnější objekt má *nižší* vlastní frekvenci. Představte si pravítko visící z okraje stolu: delší a těžší pravítko bude kmitat pomaleji (nižší frekvence) než kratší a lehčí.

Pro jednoduchý systém s jedním stupněm volnosti je tento vztah popsán vzorcem:

Vlastní frekvence (f_n) ∝ √(Tuhost / Hmotnost)

To znamená, že pro změnu vlastní frekvence objektu musíte změnit buď jeho tuhost, nebo hmotnost (nebo obojí).

Vlastní frekvence a rezonance: Kritické spojení

Koncept vlastní frekvence je v inženýrství a vibrační analýze kriticky důležitý, protože má přímou souvislost s jevem rezonance.

K rezonanci dochází, když na systém působí vnější, periodická síla s frekvencí, která je rovna nebo velmi blízká jedné z jeho vlastních frekvencí. Když k tomu dojde, systém velmi efektivně absorbuje energii z vnější síly, což způsobuje dramatický nárůst amplitudy jeho vibrací. Tlumení je jediný faktor, který omezuje nekonečný nárůst amplitudy.

Proto je pochopení vlastních frekvencí tak důležité:

• Předvídání problémů: Pokud znáte provozní rychlost stroje a znáte vlastní frekvence jeho nosné konstrukce, můžete předpovědět, zda je pravděpodobný výskyt rezonančního stavu.
• Řešení problémů: Pokud stroj nadměrně vibruje, je klíčovým krokem k určení, zda je příčinou rezonance, identifikace jeho vlastních frekvencí.

– Vyhněte se selhání: Provoz stroje v rezonančním režimu může vést k extrémním vibracím, vysokému namáhání a nakonec ke katastrofickému selhání. Slavný pád mostu Tacoma Narrows Bridge v roce 1940 byl dramatickým příkladem rezonance.

Jak se identifikují přirozené frekvence?

Vlastní frekvence stroje nebo konstrukce se obvykle identifikují jednou z následujících metod:

1. Zkouška nárazem (nebo bump test)

Toto je nejběžnější experimentální metoda. Stroj (když není v provozu) je udeřen přístrojovým kladivem a výsledné vibrace se měří akcelerometrem. Úder kladiva vnáší širokou škálu energie a struktura přirozeně „zvoní“ na svých vlastních frekvencích. Tyto frekvence se ve výsledném FFT spektru projevují jako jasné vrcholy.

2. Zkouška rozjezdu / doběhu

U běžícího stroje může test rozběhu nebo doběhu identifikovat vlastní frekvence. S tím, jak se mění rychlost stroje, se jakékoli rotační síly (například nevyváženost) pohybují v určitém rozsahu frekvencí. Pokud jedna z těchto frekvencí překročí vlastní frekvenci, amplituda vibrací vykazuje při dané rychlosti zřetelný vrchol. Toto je běžný způsob, jak zjistit vlastní frekvenci systému. kritické rychlosti.

3. Analýza konečných prvků (FEA)

Během fáze návrhu inženýři používají počítačové modely k výpočtu teoretických vlastních frekvencí komponenty nebo konstrukce ještě před její výstavbou. To jim umožňuje navrhnout konstrukci tak, aby se od samého začátku vyhnuli problémům s rezonancí.

Identifikací a pochopením vlastních frekvencí systému mohou inženýři zajistit, aby stroje fungovaly bezpečně a spolehlivě, mimo škodlivé rezonanční podmínky.

← Zpět na hlavní index