درک میرایی در ارتعاشات مکانیکی

تعریف: میرایی چیست؟

میرایی پدیده‌ای است که در آن انرژی ارتعاشی در یک سیستم دینامیکی تلف می‌شود یا به اشکال دیگر، عمدتاً گرما، تبدیل می‌شود. این مکانیسمی است که باعث می‌شود ارتعاشات پس از حذف منبع تحریک، کاهش یافته و در نهایت متوقف شوند. به عبارت ساده‌تر، میرایی، مقاومتی در برابر حرکت است که در برابر ارتعاش عمل می‌کند. هر سیستم مکانیکی در دنیای واقعی دارای سطحی از میرایی است. بدون آن، یک سازه، هنگامی که با فرکانس طبیعی خود تحریک می‌شود، با دامنه بی‌نهایت بزرگی ارتعاش می‌کند.

نقش حیاتی میرایی در دینامیک ماشین

میرایی یک ویژگی اساسی و بسیار مهم در مهندسی مکانیک و تحلیل ارتعاشات است. نقش اصلی آن ... دامنه ارتعاشات را در رزونانس کنترل کنیدوقتی سرعت کاری یک ماشین به یکی از فرکانس‌های طبیعی آن (سرعت بحرانی) نزدیک می‌شود، میرایی تنها عاملی است که مانع از رشد ارتعاش به سطوح مخرب می‌شود. یک سیستم با میرایی خوب می‌تواند از سرعت بحرانی با یک اوج ارتعاش قابل کنترل و مدیریت عبور کند، در حالی که یک سیستم با میرایی ضعیف می‌تواند دچار شکست فاجعه‌بار شود.

مزایای کلیدی میرایی کافی عبارتند از:

• جلوگیری از رزونانس فاجعه‌بار: این محافظت اولیه در برابر ارتعاشات افسارگسیخته در سرعت‌های بحرانی است.
• بهبود پایداری سیستم: در دینامیک روتور، میرایی به جلوگیری از ارتعاشات خود تحریک مانند چرخش روغن و شلاق کمک می‌کند.
• زمان نشست را کاهش می‌دهد: این به سیستم اجازه می‌دهد تا پس از یک شوک یا رویداد گذرا، سریع‌تر به حالت تعادل خود بازگردد.
• به حداقل رساندن سر و صدا و خستگی: با کاهش سطح کلی ارتعاش، میرایی، انتشار نویز را کاهش داده و تنش خستگی روی اجزای مکانیکی را کم می‌کند.

انواع مکانیزم‌های میرایی

انرژی می‌تواند به روش‌های مختلفی اتلاف شود که منجر به انواع مختلف میرایی می‌شود:

۱. میرایی ویسکوز

این رایج‌ترین نوع میرایی مدل‌سازی شده است. این نوع میرایی زمانی رخ می‌دهد که جسمی در یک سیال حرکت می‌کند و نیروی میرایی متناسب با سرعت جسم است. مثال کلاسیک آن کمک فنر در سیستم تعلیق خودرو است. در ماشین‌آلات دوار، لایه روغن در یاتاقان‌های لایه سیال منبع اصلی میرایی ویسکوز است و برای پایداری روتورهای پرسرعت ضروری است.

۲. میرایی سازه‌ای (میرایی هیسترتیک)

این نوع میرایی به دلیل اصطکاک داخلی درون خود ماده هنگام تغییر شکل آن است. هنگامی که یک ماده به صورت چرخه‌ای تحت تنش قرار می‌گیرد، در طول هر چرخه مقداری انرژی به صورت گرما از دست می‌رود. اگرچه این میرایی داخلی اغلب کوچک است، اما یک ویژگی ذاتی همه مواد است و می‌تواند در سازه‌های ساخته شده با اتصالات و بست‌های زیاد قابل توجه باشد.

۳. میرایی کولمب (اصطکاک خشک)

این میرایی ناشی از اصطکاک بین دو سطح خشک است که به یکدیگر ساییده می‌شوند. نیروی میرایی ثابت است و همیشه در خلاف جهت حرکت قرار دارد. به عنوان مثال، ساییده شدن لنت ترمز به روتور.

۴. میرایی آیرودینامیکی

این مقاومتی است که توسط هوا یا گاز دیگری در برابر یک جسم متحرک ایجاد می‌شود. این مقاومت معمولاً فقط برای سازه‌های بزرگ و پرسرعت مانند پره‌های توربین یا پروانه‌های فن قابل توجه است.

میرایی چگونه اندازه‌گیری و تعیین می‌شود؟

محاسبه میرایی اغلب از اصول اولیه دشوار است و معمولاً به صورت تجربی تعیین می‌شود. این میرایی با استفاده از چندین اصطلاح مرتبط، کمی‌سازی می‌شود:

• نسبت میرایی (ζ – zeta): رایج‌ترین معیار بدون بعد. این نسبت میرایی واقعی در یک سیستم به مقدار میرایی مورد نیاز برای سیستمی است که "میرایی بحرانی" (بازگشت به تعادل بدون نوسان) داشته باشد. یک سازه مکانیکی معمولی ممکن است نسبت میرایی 0.01 تا 0.05 داشته باشد (1% تا 5% میرایی بحرانی).
• ضریب Q (ضریب کیفیت): معیاری برای سنجش میزان میرایی ناکافی یک سیستم. این ضریب، تقویت ارتعاش در رزونانس را نشان می‌دهد. ضریب Q بالا به معنای میرایی کم و پیک رزونانس بسیار تیز و با دامنه بالا است. (Q ≈ 1 / 2ζ).
• کاهش لگاریتمی: روشی برای محاسبه نسبت میرایی از نرخ زوال ارتعاش آزاد، مثلاً در طول آزمایش «حلقه‌زدایی» یا «ضربه».

شناسایی و درک منابع میرایی در یک ماشین برای عیب‌یابی مشکلات رزونانس و تضمین پایداری عملیاتی بلندمدت بسیار مهم است.

← بازگشت به فهرست اصلی