درک رزونانس ساختاری
تعریف: رزونانس ساختاری چیست؟
رزونانس ساختاری شرایطی است که در آن لرزش فرکانس ناشی از ماشین‌آلات دوار (مانند ۱× سرعت چرخش، ۲× از ناهم‌ترازی, یا فرکانس عبور تیغه) با a مطابقت دارد فرکانس طبیعی از سازه نگهدارنده غیرچرخشی - شامل قاب دستگاه، صفحه پایه،, پایه ها, ، فونداسیون یا حتی سازه‌های مجاور. وقتی این تطبیق فرکانس رخ می‌دهد،, رزونانس ارتعاش سازه را تا سطوحی بسیار فراتر از آنچه خود اجزای چرخان تجربه می‌کنند، تقویت می‌کند.
رزونانس ساختاری به طور خاص مشکل‌ساز است زیرا می‌تواند باعث شود یک ماشین متعادل و به درستی تنظیم شده، مشکلات ارتعاشی شدیدی داشته باشد. ارتعاش بالا در ساختار است و لزوماً نشان‌دهنده مشکلات روتور نیست، اما حرکت ساختاری می‌تواند به عقب برگردد و بر رفتار روتور تأثیر بگذارد و در طول زمان باعث آسیب مکانیکی واقعی شود.
چگونه رزونانس ساختاری رخ می‌دهد؟
مکانیسم رزونانس
- منبع تحریک: ماشین‌آلات دوار نیروهای تناوبی تولید می‌کنند (از عدم تعادل, ، ناهماهنگی و غیره)
- انتقال نیرو: این نیروها از طریق یاتاقان‌ها به سازه پشتیبان منتقل می‌شوند.
- تطابق فرکانسی: اگر فرکانس تحریک ≈ فرکانس طبیعی سازه باشد
- انباشت انرژی: سازه در طول چندین چرخه انرژی را جذب می‌کند
- تقویت: دامنه ارتعاش افزایش می‌یابد و تنها توسط سازه محدود می‌شود میرایی
- اثر مشاهده شده: سازه با دامنه‌ای ۵ تا ۵۰ برابر بیشتر از نیروی ورودی که معمولاً تولید می‌شود، می‌لرزد.
محدوده‌های فرکانسی معمول
- حالت‌های فونداسیون: معمولاً ۵ تا ۳۰ هرتز برای فونداسیون‌های صنعتی معمولی
- حالت‌های صفحه پایه: ۲۰ تا ۱۰۰ هرتز بسته به اندازه و ساختار
- حالت‌های پایه: ۳۰-۲۰۰ هرتز برای تکیه‌گاه‌های یاتاقان معمولی
- حالت‌های قاب/پوشش: ۵۰-۵۰۰ هرتز برای پنل‌ها و پوشش‌های فلزی ورقی
سناریوهای رایج رزونانس
رزونانس سرعت دویدن ۱ برابر
- مثال: دستگاه با سرعت ۱۸۰۰ دور در دقیقه (۳۰ هرتز) کار می‌کند، فرکانس طبیعی فونداسیون ۲۸-۳۲ هرتز است
- علامت: لرزش بسیار بالا با وجود تعادل خوب
- اثر: حتی عدم تعادل باقیمانده کوچک، حرکت ساختاری بزرگی ایجاد می‌کند.
- راه حل: سختی فونداسیون را تغییر دهید، میرایی اضافه کنید یا سرعت عملکرد را تغییر دهید
رزونانس ۲ برابر (فرکانس ناهم‌ترازی)
- ناهمراستایی باعث تحریک فرکانسی ۲ برابر می‌شود
- اگر 2× با مد ساختاری مطابقت داشته باشد، تقویت رخ می‌دهد
- لرزش زیاد ممکن است به اشتباه به عنوان ناهمراستایی شدید تشخیص داده شود
- بهبود ترازبندی کمک می‌کند اما رزونانس را از بین نمی‌برد
رزونانس فرکانس عبوری تیغه/پره
- فن‌ها، پمپ‌ها، توربین‌ها فرکانس عبور پره را تولید می‌کنند (N × RPM، که در آن N = تعداد پره‌ها)
- اغلب در محدوده ۵۰ تا ۵۰۰ هرتز
- می‌تواند مدهای ساختاری را در این محدوده فرکانسی تحریک کند
- لرزش یا وزوز با فرکانس بالا
شناسایی تشخیصی
علائم رزونانس ساختاری
- لرزش نامتناسب: ارتعاش سازه بسیار بیشتر از ارتعاش یاتاقان است
- محدوده سرعت محدود: ارتعاش بالا فقط در سرعت مخصوص (±5-10%)
- وابستگی جهت‌دار: شدید در یک جهت، حداقل در جهت عمود (شکل حالت تطبیق)
- وابستگی مکانی: ارتعاش در سطح سازه بسیار متفاوت است (آنتی‌نودها در مقابل گره‌ها)
- حداقل اثر باربری: یاتاقان‌ها و روتور ممکن است ارتعاش قابل قبولی را نشان دهند در حالی که سازه شدید است.
آزمایش‌های تشخیصی
۱. تست ضربه (تست ضربه)
- ساختار ضربه با چکش، اندازه‌گیری پاسخ
- شناسایی تمام فرکانس‌های طبیعی سازه
- با فرکانس‌های کاری دستگاه مقایسه کنید
- قطعی‌ترین آزمایش برای رزونانس ساختاری
۲. مقایسه مکان اندازه‌گیری
- اندازه‌گیری ارتعاش در محفظه یاتاقان (نزدیک به منبع)
- اندازه گیری در پایه، صفحه پایه، فونداسیون
- اگر ارتعاش سازه >> ارتعاش یاتاقان باشد، نشان دهنده تشدید سازه است.
- قابلیت انتقال > ۲-۳ نشان دهنده تقویت رزونانس است
۳. شکل انحراف عملیاتی (ODS)
- اندازه‌گیری ارتعاش در چندین نقطه از سازه به طور همزمان
- ایجاد تصویرسازی متحرک از حرکت سازه
- نشان می‌دهد که کدام حالت ساختاری فعال است
- گره‌ها و آنتی‌گردها را شناسایی می‌کند
راهکارها و کاهش خطرات
جداسازی فرکانس
تغییر سرعت عملیاتی
- اگر تجهیزات سرعت متغیر هستند، دور از رزونانس کار کنید
- تغییر اندازه قرقره موتور برای تنظیم سرعت
- از VFD برای انتخاب سرعت غیر رزونانسی استفاده کنید
- اگر سرعت توسط الزامات فرآیند تعیین شود، ممکن است عملی نباشد
اصلاح فرکانس طبیعی سازه
- اضافه کردن جرم: فرکانس طبیعی را کاهش می‌دهد (f ∝ 1/√m)
- افزایش سختی: فرکانس طبیعی را افزایش می‌دهد (f ∝ √k)
- حذف مواد: در برخی موارد، کاهش جرم می‌تواند رزونانس را تغییر دهد
- اصلاح ساختاری: اضافه کردن مهاربند، دیوارپوش یا آرماتور
افزایش میرایی
میرایی لایه مقید
- ماده میراگر ویسکوالاستیک متصل به سازه
- برای پنل‌ها و قاب‌های فلزی ورقی مؤثر است
- دامنه اوج رزونانس را کاهش می‌دهد
- عملیات میرایی موجود در بازار
میراگرهای جرمی تنظیم‌شده
- سیستم جرم-فنر ثانویه تنظیم‌شده برای فرکانس مشکل‌ساز را اضافه کنید
- انرژی را جذب می‌کند، لرزش سازه اصلی را کاهش می‌دهد
- موثر اما نیاز به طراحی و تنظیم دقیق دارد
مصالح میراگر سازه‌ای
- پدهای لاستیکی یا عایق‌ها در مکان‌های استراتژیک
- ترکیبات میرایی که روی سطوح اعمال می‌شوند
- میراگرهای اصطکاکی در اتصالات
انزوا
- نصب لرزه‌گیر بین دستگاه و فونداسیون
- ارتعاش ماشین را از سازه جدا می‌کند
- اگر فرکانس طبیعی جداساز موثر باشد فرکانس تحریک کمتر از ۰.۵ برابر
- نیاز به طراحی دقیق برای جلوگیری از ایجاد مشکلات رزونانس جدید
کاهش تحریک
- بهبود کیفیت تعادل برای کاهش ۱× تحریک
- ترازبندی دقیق برای کاهش تحریک ۲ برابری
- رفع مشکلات مکانیکی با کاهش دامنه‌های نیرو
- علائم را کاهش می‌دهد اما پتانسیل رزونانس را از بین نمی‌برد
پیشگیری در طراحی
ضوابط طراحی فونداسیون
- فرکانس طبیعی فونداسیون > ۲ برابر حداکثر فرکانس کاری (از تشدید در بالا اجتناب شود)
- یا <0.5× حداقل فرکانس کاری (فونداسیون ایزوله)
- از محدوده 0.5-2.0 که احتمال رزونانس وجود دارد، اجتناب کنید.
- شامل تحلیل دینامیکی در مرحله طراحی
طراحی سازه
- طراحی برای سختی کافی نسبت به فرکانس‌های نیرو
- از سازه‌های سبک‌وزن که مستعد تشدید هستند، اجتناب کنید.
- برای افزایش فرکانس از شیارها و گوه‌ها استفاده کنید
- افزودن میرایی ذاتی (مواد کامپوزیت، اتصالات دارای اصطکاک) را در نظر بگیرید
رزونانس سازه‌ای می‌تواند از طریق اثرات تشدید، منابع ارتعاش جزئی را به مشکلات عمده تبدیل کند. شناسایی رزونانس‌های سازه‌ای از طریق آزمایش ضربه و اندازه‌گیری‌های عملیاتی، همراه با استراتژی‌های مناسب کاهش، برای دستیابی به سطوح ارتعاش قابل قبول در تاسیساتی که دینامیک سازه به طور قابل توجهی بر رفتار کلی ارتعاش ماشین تأثیر می‌گذارد، ضروری است.
Categories:
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 