Înțelegerea amortizării în vibrațiile mecanice
Definiție: Ce este amortizarea?
Amortizare este fenomenul prin care energia vibrațională este disipată sau convertită în alte forme, în principal căldură, în cadrul unui sistem dinamic. Este mecanismul care face ca vibrațiile să scadă și, în cele din urmă, să se oprească după ce sursa de excitație este îndepărtată. În termeni mai simpli, amortizarea este rezistența la mișcare care acționează împotriva vibrațiilor. Fiecare sistem mecanic din lumea reală posedă un anumit nivel de amortizare; fără acesta, o structură, odată excitată la frecvența sa naturală, ar vibra cu o amplitudine infinit de mare.
Rolul critic al amortizării în dinamica mașinilor
Amortizarea este o proprietate fundamentală și de importanță critică în ingineria mecanică și analiza vibrațiilor. Rolul său principal este de a controlează amplitudinile vibrațiilor la rezonanțăCând viteza de funcționare a unei mașini se apropie de una dintre frecvențele sale naturale (o viteză critică), amortizarea este singurul factor care limitează creșterea vibrațiilor până la niveluri distructive. Un sistem bine amortizat poate trece printr-o viteză critică cu un vârf de vibrații gestionabil și controlat, în timp ce un sistem slab amortizat poate suferi defecțiuni catastrofale.
Printre principalele beneficii ale amortizării adecvate se numără:
- Previne rezonanța catastrofală: Este principala protecție împotriva vibrațiilor dezordonate la viteze critice.
- Îmbunătățește stabilitatea sistemului: În dinamica rotorului, amortizarea ajută la prevenirea vibrațiilor auto-excitate, cum ar fi vârtejul și biciul uleiului.
- Reduce timpul de decantare: Permite unui sistem să revină mai rapid la starea sa de echilibru după un șoc sau un eveniment tranzitoriu.
- Minimizează zgomotul și oboseala: Prin reducerea nivelului general de vibrații, amortizarea reduce radiația zgomotului și reduce stresul la oboseală asupra componentelor mecanice.
Tipuri de mecanisme de amortizare
Energia poate fi disipată în mai multe moduri, ducând la diferite tipuri de amortizare:
1. Amortizare vâscoasă
Acesta este cel mai frecvent modelat tip de amortizare. Apare atunci când un corp se mișcă printr-un fluid, iar forța de amortizare este proporțională cu viteza corpului. Exemplul clasic este amortizorul din suspensia unei mașini. În mașinile rotative, peliculă de ulei în rulmenții cu peliculă fluidă este o sursă principală de amortizare vâscoasă și este esențială pentru stabilitatea rotoarelor de mare viteză.
2. Amortizare structurală (amortizare histerică)
Acest tip de amortizare se datorează frecării interne din interiorul materialului în timp ce se deformează. Atunci când un material este solicitat ciclic, o parte din energie se pierde sub formă de căldură în timpul fiecărui ciclu. Deși adesea mică, această amortizare internă este o proprietate inerentă tuturor materialelor și poate fi semnificativă în structurile construite cu multe îmbinări și elemente de fixare.
3. Amortizarea Coulomb (frecare uscată)
Această amortizare rezultă din frecarea dintre două suprafețe uscate care se freacă una de cealaltă. Forța de amortizare este constantă și se opune întotdeauna direcției de mișcare. Un exemplu este frecarea unei plăcuțe de frână de un disc.
4. Amortizare aerodinamică
Aceasta este rezistența oferită de aer sau de un alt gaz unui obiect în mișcare. În general, este semnificativă doar pentru structuri mari, în mișcare rapidă, cum ar fi palele turbinelor sau rotoarele ventilatorului.
Cum se măsoară și se cuantifică amortizarea?
Amortizarea este adesea dificil de calculat pornind de la principii fundamentale și este de obicei determinată experimental. Se cuantifică folosind mai mulți termeni înrudiți:
- Raportul de amortizare (ζ – zeta): Cea mai comună măsură adimensională. Este raportul dintre amortizarea reală dintr-un sistem și cantitatea de amortizare necesară pentru ca sistemul să fie „amortizat critic” (revenire la echilibru fără oscilații). O structură mecanică tipică ar putea avea un raport de amortizare de 0,01 până la 0,05 (1% la 5% de amortizare critică).
- Factorul Q (Factorul de calitate): O măsură a gradului de subamortizare a unui sistem. Reprezintă amplificarea vibrațiilor la rezonanță. Un factor Q ridicat înseamnă o amortizare scăzută și un vârf de rezonanță foarte ascuțit, de amplitudine mare. (Q ≈ 1 / 2ζ).
- Decrement logaritmic: O metodă de calculare a raportului de amortizare din rata de descreștere a vibrațiilor libere, cum ar fi în timpul unui test de tip „ring-down” sau „bump”.
Identificarea și înțelegerea surselor de amortizare într-o mașină este crucială pentru depanarea problemelor de rezonanță și asigurarea stabilității operaționale pe termen lung.
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 