Разумевање природне фреквенције

Дефиниција: Шта је природна фреквенција?

A природна фреквенција је специфична фреквенција на којој ће објекат или систем осциловати ако се поремети из свог положаја мировања, а затим се дозволи да слободно вибрира без икаквих спољашњих сила. То је инхерентно, фундаментално својство објекта, у потпуности одређено његовим физичким карактеристикама: његовим маса и његов крутостСваки физички објекат, од жице гитаре до моста и носеће структуре машине, има једну или више природних фреквенција.

Однос између масе, крутости и природне фреквенције

Однос између ова три својства је једноставан и интуитиван:

• Крутост: Чвршћи предмет има *вишу* природну фреквенцију. Замислите жицу гитаре: затезање жице (повећање њене крутости) подиже висину тона (фреквенцију).
• Маса: Масивнији објекат има *нижу* природну фреквенцију. Замислите лењир који виси са ивице стола: дужи, тежи лењир ће осциловати спорије (нижа фреквенција) од краћег, лакшег.

За једноставан систем са једним степеном слободе, овај однос је описан формулом:

Природна фреквенција (f_н) ∝ √(Крутост / Маса)

То значи да да бисте променили природну фреквенцију објекта, морате променити или његову крутост или његову масу (или обоје).

Природна фреквенција и резонанција: критична веза

Концепт природне фреквенције је критично важан у инжењерству и анализи вибрација због своје директне везе са феноменом резонанција.

Резонанција се јавља када се на систем примени спољашња, периодична сила на фреквенцији која је једнака или веома близу једној од његових природних фреквенција. Када се то деси, систем веома ефикасно апсорбује енергију спољашње силе, што узрокује драматичан раст амплитуде његове вибрације. Пригушење је једини фактор који ограничава бесконачан раст амплитуде.

Зато је разумевање природних фреквенција толико важно:

• Предвиђање проблема: Ако знате брзину рада машине и природне фреквенције њене носеће структуре, можете предвидети да ли је вероватно да ће доћи до резонантног стања.
• Решавање проблема: Ако машина прекомерно вибрира, идентификовање њених природних фреквенција је кључни корак у утврђивању да ли је узрок резонанција.

– Избегавање неуспеха: Рад машине у резонанцији може довести до екстремних вибрација, високог напрезања и на крају, катастрофалног квара. Чувено урушавање моста Такома Нероуз 1940. године био је драматичан пример резонанције.

Како се идентификују природне фреквенције?

Природне фреквенције машине или структуре се обично идентификују помоћу једне од следећих метода:

1. Тестирање удара (или тест на удар)

Ово је најчешћа експериментална метода. Машина (док не ради) се удара инструменталним ударним чекићем, а резултујућа вибрација се мери акцелерометром. Удар чекићем уноси широк опсег енергије, а структура ће природно „звонити“ на својим природним фреквенцијама. Ове фреквенције се појављују као јасни врхови у резултујућем FFT спектру.

2. Тест загревања / успорења

За машину у раду, тест загревања или успоравања може идентификовати природне фреквенције. Како се брзина машине мења, све ротирајуће силе (као што је неравнотежа) ће проћи кроз низ фреквенција. Ако једна од ових фреквенција пређе природну фреквенцију, амплитуда вибрација ће показати јасан врх при тој брзини. Ово је уобичајен начин за проналажење природне фреквенције система. критичне брзине.

3. Анализа коначних елемената (FEA)

Током фазе пројектовања, инжењери користе компјутерске моделе да би израчунали теоријске природне фреквенције компоненте или структуре чак и пре него што се она изгради. То им омогућава да пројектују структуру тако да од самог почетка избегну проблеме са резонанцом.

Идентификовањем и разумевањем природних фреквенција система, инжењери могу осигурати да машине раде безбедно и поуздано, даље од штетних резонантних услова.

← Назад на главни индекс