Pochopenie prirodzenej frekvencie
Definícia: Čo je to prirodzená frekvencia?
A prirodzená frekvencia je špecifická frekvencia, pri ktorej bude objekt alebo systém kmitať, ak je vyrušený z pokojovej polohy a potom ponechaný voľne vibrovať bez akýchkoľvek vonkajších síl. Je to inherentná, základná vlastnosť objektu, určená výlučne jeho fyzikálnymi vlastnosťami: jeho omša a jeho tuhosťKaždý fyzický objekt, od gitarovej struny cez kobylku až po nosnú konštrukciu stroja, má jednu alebo viac vlastných frekvencií.
Vzťah medzi hmotnosťou, tuhosťou a prirodzenou frekvenciou
Vzťah medzi týmito tromi vlastnosťami je jednoduchý a intuitívny:
- Tuhosť: Tuhší predmet má *vyššiu* vlastnú frekvenciu. Predstavte si gitarovú strunu: napnutie struny (zvýšenie jej tuhosti) zvyšuje výšku tónu (frekvenciu).
- Hmotnosť: Hmotnejší objekt má *nižšiu* vlastnú frekvenciu. Predstavte si pravítko zavesené na okraji stola: dlhšie a ťažšie pravítko bude kmitať pomalšie (nižšia frekvencia) ako kratšie a ľahšie.
Pre jednoduchý systém s jedným stupňom voľnosti je tento vzťah opísaný vzorcom:
Prirodzená frekvencia (fn) ∝ √(Tuhosť / Hmotnosť)
To znamená, že na zmenu prirodzenej frekvencie objektu musíte zmeniť buď jeho tuhosť, alebo hmotnosť (alebo oboje).
Prirodzená frekvencia a rezonancia: kritické prepojenie
Koncept vlastnej frekvencie je v inžinierstve a vibračnej analýze kriticky dôležitý kvôli jeho priamej súvislosti s fenoménom rezonancia.
Rezonancia nastáva, keď na systém pôsobí vonkajšia, periodická sila s frekvenciou, ktorá sa rovná alebo je veľmi blízka jednej z jeho vlastných frekvencií. Keď sa to stane, systém veľmi efektívne absorbuje energiu z vonkajšej sily, čo spôsobuje dramatický nárast amplitúdy jeho vibrácií. Tlmenie je jediný faktor, ktorý obmedzuje nekonečný rast amplitúdy.
Preto je pochopenie prirodzených frekvencií také dôležité:
- Predvídanie problémov: Ak poznáte prevádzkovú rýchlosť stroja a poznáte vlastné frekvencie jeho nosnej konštrukcie, môžete predpovedať, či je pravdepodobný výskyt rezonančného stavu.
- Riešenie problémov: Ak stroj nadmerne vibruje, identifikácia jeho vlastných frekvencií je kľúčovým krokom pri určovaní, či je príčinou rezonancia.
– Predchádzanie zlyhaniu: Prevádzka stroja v rezonančnom režime môže viesť k extrémnym vibráciám, vysokému namáhaniu a v konečnom dôsledku ku katastrofickému zlyhaniu. Dramatickým príkladom rezonancie bol slávny kolaps mosta Tacoma Narrows Bridge v roku 1940.
Ako sa identifikujú prirodzené frekvencie?
Prirodzené frekvencie stroja alebo konštrukcie sa zvyčajne identifikujú pomocou jednej z nasledujúcich metód:
1. Nárazová skúška (alebo nárazová skúška)
Toto je najbežnejšia experimentálna metóda. Stroj (keď nebeží) sa udiera prístrojovým kladivom a výsledné vibrácie sa merajú akcelerometrom. Úder kladiva dodáva široký rozsah energie a štruktúra prirodzene „zvoní“ na svojich prirodzených frekvenciách. Tieto frekvencie sa vo výslednom FFT spektre prejavujú ako jasné vrcholy.
2. Skúška rozbehu/dobehu
V prípade bežiaceho stroja môže test rozbehu alebo dobehu identifikovať vlastné frekvencie. Pri zmene rýchlosti stroja sa akékoľvek rotačné sily (ako napríklad nevyváženosť) presúvajú cez rozsah frekvencií. Ak jedna z týchto frekvencií prekročí vlastnú frekvenciu, amplitúda vibrácií pri tejto rýchlosti vykazuje zreteľný vrchol. Toto je bežný spôsob, ako zistiť vlastné frekvencie systému. kritické rýchlosti.
3. Analýza metódou konečných prvkov (FEA)
Počas fázy návrhu inžinieri používajú počítačové modely na výpočet teoretických vlastných frekvencií komponentu alebo konštrukcie ešte pred jej výstavbou. To im umožňuje navrhnúť konštrukciu tak, aby sa od začiatku predišlo problémom s rezonanciou.
Identifikáciou a pochopením prirodzených frekvencií systému môžu inžinieri zabezpečiť, aby strojové zariadenia fungovali bezpečne a spoľahlivo, mimo škodlivých rezonančných podmienok.
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 