प्राकृतिक आवृत्ति को समझना

परिभाषा: प्राकृतिक आवृत्ति क्या है?

ए प्राकृतिक आवृत्ति वह विशिष्ट आवृत्ति है जिस पर कोई वस्तु या प्रणाली दोलन करेगी यदि उसे उसकी विश्राम स्थिति से हिलाया जाए और फिर बिना किसी बाह्य बल के स्वतंत्र रूप से कंपन करने दिया जाए। यह वस्तु का एक अंतर्निहित, मौलिक गुण है, जो पूरी तरह से उसकी भौतिक विशेषताओं द्वारा निर्धारित होता है: इसकी द्रव्यमान और इसके कठोरताप्रत्येक भौतिक वस्तु, गिटार के तार से लेकर पुल और मशीन के समर्थन ढांचे तक, में एक या अधिक प्राकृतिक आवृत्तियाँ होती हैं।

द्रव्यमान, कठोरता और प्राकृतिक आवृत्ति के बीच संबंध

इन तीन गुणों के बीच संबंध सरल और सहज है:

• कठोरता: एक सख्त वस्तु की प्राकृतिक आवृत्ति *ज़्यादा* होती है। एक गिटार के तार के बारे में सोचिए: तार को कसने (उसकी कठोरता बढ़ाने) से उसकी ध्वनि की ध्वनि (आवृत्ति) बढ़ जाती है।
• द्रव्यमान: ज़्यादा भारी वस्तु की प्राकृतिक आवृत्ति *कम* होती है। मेज़ के किनारे लटके एक रूलर के बारे में सोचिए: एक लंबा, भारी रूलर, छोटे, हल्के रूलर की तुलना में ज़्यादा धीरे (कम आवृत्ति) घूमेगा।

एक सरल एकल-डिग्री-स्वतंत्रता प्रणाली के लिए, इस संबंध को सूत्र द्वारा वर्णित किया जाता है:

प्राकृतिक आवृत्ति (f)_एन) ∝ √(कठोरता / द्रव्यमान)

इसका अर्थ यह है कि किसी वस्तु की प्राकृतिक आवृत्ति को बदलने के लिए, आपको या तो उसकी कठोरता या उसके द्रव्यमान (या दोनों) को बदलना होगा।

प्राकृतिक आवृत्ति और अनुनाद: एक महत्वपूर्ण संबंध

प्राकृतिक आवृत्ति की अवधारणा इंजीनियरिंग और कंपन विश्लेषण में अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि इसका सीधा संबंध कंपन की घटना से है। गूंज.

अनुनाद तब होता है जब किसी निकाय पर उसकी प्राकृतिक आवृत्तियों में से किसी एक के बराबर या उसके बहुत निकट आवृत्ति पर एक बाह्य, आवर्ती बल लगाया जाता है। ऐसा होने पर, निकाय बाह्य बल से ऊर्जा को अत्यंत कुशलता से अवशोषित कर लेता है, जिससे उसका कंपन आयाम नाटकीय रूप से बढ़ जाता है। अवमंदन ही एकमात्र कारक है जो आयाम को अनंत रूप से बढ़ने से रोकता है।

यही कारण है कि प्राकृतिक आवृत्तियों को समझना इतना महत्वपूर्ण है:

• समस्याओं का पूर्वानुमान: यदि आप किसी मशीन की परिचालन गति तथा उसकी सहायक संरचना की प्राकृतिक आवृत्तियों को जानते हैं, तो आप यह अनुमान लगा सकते हैं कि अनुनाद स्थिति उत्पन्न होने की संभावना है या नहीं।
• समस्या निवारण: यदि कोई मशीन अत्यधिक कंपन कर रही है, तो इसकी प्राकृतिक आवृत्तियों की पहचान करना यह निर्धारित करने में महत्वपूर्ण कदम है कि क्या इसका कारण अनुनाद है।

– असफलता से बचना: अनुनाद पर मशीन चलाने से अत्यधिक कंपन, उच्च दबाव और अंततः विनाशकारी विफलता हो सकती है। 1940 में टैकोमा नैरो ब्रिज का प्रसिद्ध पतन अनुनाद का एक नाटकीय उदाहरण था।

प्राकृतिक आवृत्तियों की पहचान कैसे की जाती है?

किसी मशीन या संरचना की प्राकृतिक आवृत्तियों की पहचान आमतौर पर निम्नलिखित विधियों में से किसी एक का उपयोग करके की जाती है:

1. प्रभाव परीक्षण (या बम्प परीक्षण)

यह सबसे आम प्रयोगात्मक विधि है। मशीन (जब वह चालू न हो) पर एक उपकरणयुक्त प्रभाव हथौड़े से प्रहार किया जाता है, और परिणामी कंपन को एक्सेलेरोमीटर से मापा जाता है। हथौड़े के प्रहार से ऊर्जा की एक विस्तृत श्रृंखला प्रवाहित होती है, और संरचना स्वाभाविक रूप से अपनी प्राकृतिक आवृत्तियों पर "बज" जाती है। ये आवृत्तियाँ परिणामी FFT स्पेक्ट्रम में स्पष्ट चोटियों के रूप में दिखाई देती हैं।

2. रन-अप / कोस्ट-डाउन टेस्ट

चलती मशीन के लिए, रन-अप या कोस्ट-डाउन परीक्षण प्राकृतिक आवृत्तियों की पहचान कर सकता है। जैसे-जैसे मशीन की गति बदलती है, कोई भी घूर्णन बल (जैसे असंतुलन) आवृत्तियों की एक श्रृंखला से होकर गुज़रेगा। यदि इनमें से कोई एक आवृत्ति किसी प्राकृतिक आवृत्ति को पार करती है, तो कंपन आयाम उस गति पर एक विशिष्ट शिखर प्रदर्शित करेगा। यह किसी प्रणाली की आवृत्ति ज्ञात करने का एक सामान्य तरीका है। महत्वपूर्ण गति.

3. परिमित तत्व विश्लेषण (FEA)

डिज़ाइन चरण के दौरान, इंजीनियर किसी घटक या संरचना के निर्माण से पहले ही उसकी सैद्धांतिक प्राकृतिक आवृत्तियों की गणना करने के लिए कंप्यूटर मॉडल का उपयोग करते हैं। इससे उन्हें संरचना को इस तरह डिज़ाइन करने में मदद मिलती है कि शुरू से ही अनुनाद संबंधी समस्याओं से बचा जा सके।

किसी प्रणाली की प्राकृतिक आवृत्तियों की पहचान और समझ के द्वारा, इंजीनियर यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि मशीनरी सुरक्षित और विश्वसनीय रूप से संचालित हो, तथा हानिकारक अनुनाद स्थितियों से दूर रहे।

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