Omavõrra sageduse mõistmine

Definitsioon: Mis on loomulik sagedus?

A loomulik sagedus on konkreetne sagedus, millega objekt või süsteem võngub, kui see oma puhkeasendist liigutada ja seejärel lasta vabalt ilma väliste jõududeta vibreerida. See on objekti loomupärane, põhiline omadus, mille määravad täielikult selle füüsikalised omadused: selle mass ja selle jäikusIgal füüsilisel objektil, alates kitarrikeelest kuni silla ja masina tugistruktuurini, on üks või mitu loomulikku sagedust.

Massi, jäikuse ja loomuliku sageduse seos

Nende kolme omaduse vaheline seos on lihtne ja intuitiivne:

• Jäikus: Jäigemal esemel on *kõrgem* loomulik sagedus. Mõelge kitarrikeelele: keele pingutamine (selle jäikuse suurendamine) tõstab helikõrgust (sagedust).
• Mass: Massiivsemal objektil on *madalam* omavõnkesagedus. Mõelge laua serval rippuvale joonlauale: pikem ja raskem joonlaud võngub aeglasemalt (madalama sagedusega) kui lühem ja kergem.

Lihtsa ühe vabadusastmega süsteemi puhul kirjeldab seda seost valem:

Omavõrra sagedus (f_n) ∝ √(Jäikus / Mass)

See tähendab, et objekti loomuliku sageduse muutmiseks peate muutma kas selle jäikust või massi (või mõlemat).

Omavõnkesagedus ja resonants: kriitiline seos

Omavõnkesageduse mõiste on inseneriteaduses ja vibratsioonianalüüsis kriitilise tähtsusega, kuna see on otseselt seotud nähtusega resonants.

Resonants tekib siis, kui süsteemile rakendatakse perioodilist välist jõudu sagedusel, mis on võrdne või väga lähedane ühele selle loomulikele sagedustele. Sellisel juhul neelab süsteem välise jõu energiat väga tõhusalt, põhjustades vibratsiooni amplituudi dramaatilise kasvu. Summutus on ainus tegur, mis piirab amplituudi lõpmatut kasvu.

Seepärast on loomulike sageduste mõistmine nii oluline:

• Probleemide ennustamine: Kui teate masina töökiirust ja selle tugikonstruktsiooni loomulikke sagedusi, saate ennustada, kas resonantsi tekkimise tõenäosus on suur.
• Veaotsing: Kui masin vibreerib liigselt, on selle loomulike sageduste kindlakstegemine võtmetähtsusega samm selle kindlakstegemisel, kas põhjuseks on resonants.

– Ebaõnnestumise vältimine: Masina töötamine resonantsil võib põhjustada äärmuslikku vibratsiooni, suurt pinget ja lõpuks katastroofilist riket. Tacoma Narrowsi silla kuulus kokkuvarisemine 1940. aastal oli resonantsi dramaatiline näide.

Kuidas looduslikke sagedusi tuvastatakse?

Masina või konstruktsiooni loomulikke sagedusi määratakse tavaliselt ühe järgmise meetodi abil:

1. Löögitestimine (või põrutustest)

See on kõige levinum eksperimentaalne meetod. Masinat (kui see ei tööta) löödakse instrumenteeritud löökvasaraga ja tekkivat vibratsiooni mõõdetakse kiirendusmõõturiga. Vasaralöök annab laia energiavahemiku ja konstruktsioon "heliseb" loomulikult oma loomulikel sagedustel. Need sagedused ilmnevad selgete tippudena saadud FFT-spektris.

2. Käivitus-/vabajooksukatse

Töötava masina puhul saab käivitus- või mahajooksutestiga tuvastada loomulikke sagedusi. Masina kiiruse muutudes liiguvad kõik pöörlevad jõud (näiteks tasakaalutus) läbi terve sagedusvahemiku. Kui üks neist sagedustest ületab loomulikku sagedust, näitab vibratsiooni amplituud sellel kiirusel selget tippu. See on levinud viis süsteemi ... kriitilised kiirused.

3. Lõplike elementide analüüs (FEA)

Projekteerimisetapis kasutavad insenerid arvutimudeleid, et arvutada komponendi või konstruktsiooni teoreetilised loomulikud sagedused enne selle ehitamist. See võimaldab neil konstruktsiooni projekteerida nii, et resonantsiprobleeme algusest peale vältida.

Süsteemi loomulike sageduste tuvastamise ja mõistmise abil saavad insenerid tagada, et masinad töötavad ohutult ja usaldusväärselt, eemal kahjulikest resonantsitingimustest.

← Tagasi põhiindeksi juurde