ბუნებრივი სიხშირის გაგება

განმარტება: რა არის ბუნებრივი სიხშირე?

ა ბუნებრივი სიხშირე არის კონკრეტული სიხშირე, რომლითაც ობიექტი ან სისტემა ირხევა, თუ მას მოსვენების პოზიციიდან შეცვლიან და შემდეგ მისცემენ თავისუფლად ვიბრირებას ყოველგვარი გარე ძალების გარეშე. ეს არის ობიექტის თანდაყოლილი, ფუნდამენტური თვისება, რომელიც მთლიანად განისაზღვრება მისი ფიზიკური მახასიათებლებით: მისი მასა და მისი სიმტკიცეყველა ფიზიკურ ობიექტს, გიტარის სიმიდან დაწყებული, ხიდითა და მანქანის საყრდენი სტრუქტურით დამთავრებული, აქვს ერთი ან მეტი ბუნებრივი სიხშირე.

მასას, სიმყარესა და ბუნებრივ სიხშირეს შორის ურთიერთობა

ამ სამ თვისებას შორის ურთიერთობა მარტივი და ინტუიციურია:

• სიმტკიცე: უფრო მყარ ობიექტს *უფრო მაღალი* ბუნებრივი სიხშირე აქვს. წარმოიდგინეთ გიტარის სიმი: სიმის დაჭიმვა (მისი სიმკვრივის გაზრდა) ამაღლებს ტონალობას (სიხშირეს).
• მასა: უფრო მასიურ ობიექტს *დაბალი* ბუნებრივი სიხშირე აქვს. წარმოიდგინეთ სახაზავი, რომელიც მაგიდის კიდეზეა ჩამოკიდებული: უფრო გრძელი, მძიმე სახაზავი უფრო ნელა ირხევა (დაბალი სიხშირე), ვიდრე უფრო მოკლე, მსუბუქი.

მარტივი ერთხარისხიანი თავისუფლების სისტემისთვის, ეს დამოკიდებულება აღწერილია ფორმულით:

ბუნებრივი სიხშირე (f_n) ∝ √(სიმტკიცე / მასა)

ეს ნიშნავს, რომ ობიექტის ბუნებრივი სიხშირის შესაცვლელად, თქვენ უნდა შეცვალოთ მისი სიმტკიცე ან მასა (ან ორივე).

ბუნებრივი სიხშირე და რეზონანსი: კრიტიკული კავშირი

საკუთარი სიხშირის კონცეფცია კრიტიკულად მნიშვნელოვანია ინჟინერიასა და ვიბრაციის ანალიზში, რადგან ის პირდაპირ კავშირშია ... ფენომენთან. რეზონანსი.

რეზონანსი ხდება მაშინ, როდესაც სისტემაზე გარე, პერიოდული ძალა მოქმედებს სიხშირით, რომელიც ტოლია ან ძალიან ახლოსაა მის ერთ-ერთ ბუნებრივ სიხშირესთან. როდესაც ეს ხდება, სისტემა ძალიან ეფექტურად შთანთქავს გარე ძალის ენერგიას, რაც იწვევს მისი ვიბრაციის ამპლიტუდის მკვეთრად ზრდას. დემპფერაცია ერთადერთი ფაქტორია, რომელიც ზღუდავს ამპლიტუდის უსასრულოდ ზრდას.

სწორედ ამიტომ არის ბუნებრივი სიხშირეების გაგება ასე მნიშვნელოვანი:

• პრობლემების პროგნოზირება: თუ იცით მანქანის მუშაობის სიჩქარე და მისი საყრდენი სტრუქტურის ბუნებრივი სიხშირეები, შეგიძლიათ იწინასწარმეტყველოთ, სავარაუდოა თუ არა რეზონანსული მდგომარეობის წარმოშობა.
• პრობლემების მოგვარება: თუ მანქანა ზედმეტად ვიბრირებს, მისი ბუნებრივი სიხშირეების იდენტიფიცირება მნიშვნელოვანი ნაბიჯია იმის დასადგენად, არის თუ არა ამის მიზეზი რეზონანსი.

– წარუმატებლობის თავიდან აცილება: რეზონანსულ რეჟიმში მანქანის მუშაობამ შეიძლება გამოიწვიოს უკიდურესი ვიბრაცია, მაღალი დაძაბულობა და საბოლოო ჯამში, კატასტროფული ავარია. 1940 წელს ტაკომას ვიწრო ხიდის ცნობილი ჩამონგრევა რეზონანსის დრამატული მაგალითი იყო.

როგორ ხდება ბუნებრივი სიხშირეების იდენტიფიცირება?

მანქანის ან სტრუქტურის ბუნებრივი სიხშირეები, როგორც წესი, განისაზღვრება შემდეგი მეთოდებიდან ერთ-ერთის გამოყენებით:

1. დარტყმის ტესტირება (ან დარტყმის ტესტი)

ეს ყველაზე გავრცელებული ექსპერიმენტული მეთოდია. მანქანას (მუშაობის გარეშე) ურტყამენ ინსტრუმენტირებულ დარტყმით ჩაქუჩს და შედეგად მიღებულ ვიბრაციას იზომავს აქსელერომეტრით. ჩაქუჩის დარტყმა ენერგიის ფართო დიაპაზონს გამოიმუშავებს და სტრუქტურა ბუნებრივად „დაირეკება“ მის ბუნებრივ სიხშირეებზე. ეს სიხშირეები FFT სპექტრში მკაფიო პიკების სახით ჩნდება.

2. აჩქარების/დაშვების ტესტი

მომუშავე მანქანისთვის, აჩქარების ან დაღმავალი სიჩქარის ტესტით შესაძლებელია ბუნებრივი სიხშირეების იდენტიფიცირება. მანქანის სიჩქარის ცვლილებისას, ნებისმიერი მბრუნავი ძალა (მაგალითად, დისბალანსი) სიხშირეების დიაპაზონში გადაინაცვლებს. თუ ამ სიხშირეებიდან ერთ-ერთი ბუნებრივ სიხშირეს გადაკვეთს, ვიბრაციის ამპლიტუდა ამ სიჩქარეზე მკაფიო პიკს აჩვენებს. ეს სისტემის სიხშირის მოსაძებნად გავრცელებული გზაა. კრიტიკული სიჩქარეები.

3. სასრული ელემენტების ანალიზი (FEA)

პროექტირების ფაზაში, ინჟინრები იყენებენ კომპიუტერულ მოდელებს კომპონენტის ან სტრუქტურის თეორიული ბუნებრივი სიხშირეების გამოსათვლელად, სანამ ის აშენდება კიდეც. ეს მათ საშუალებას აძლევს, თავიდანვე დააპროექტონ სტრუქტურა რეზონანსული პრობლემების თავიდან ასაცილებლად.

სისტემის ბუნებრივი სიხშირეების იდენტიფიცირებითა და გაგებით, ინჟინრებს შეუძლიათ უზრუნველყონ, რომ მანქანა-დანადგარები უსაფრთხოდ და საიმედოდ მუშაობდნენ, რეზონანსული პირობებისგან დაცვით.

← დაბრუნება მთავარ ინდექსზე