ارتعاشات تشدید یا رزونانس

بررسی وضعیت ارتعاشات ناشی از تشدید یا رزونانس

هنگامی که به هر جزء فیزیکی ضربه می زنیم، در فرکانس معینی آغاز به تولید صدا می کند. بر روی فلزات این عمل به خوبی قابل اجرا است. صداهای تولید شده به سختی ماده، شکل و جرم و دیگر خواص فیزیکی و شرایط تکیه گاهی آنها بستگی دارند. به عنوان مثال دیگر، اگر به یک دیاپازن ضربه وارد شود، آغاز به ارتعاش می کند و سپس به تدریج میرا می گردد.

اگر به این وسیله با همان فرکانس ضربه وارد شود، دامنه ی ارتعاش آن افزایش پیدا می کند که این در اصل همان تشدید یا رزونانس است. برای هر سیستم مکانیکی، تشدید در فرکانس های معینی اتفاق می افتد که بیشتر به شرایط فیزیکی و تکیه گاهی آن مربوط می شود. برای مثال در مورد یک سیستم جرم و فنر ساده، فرکانس تشدید برابر است با ریشه دوم کسر ثابت فنر به جرم در حال ارتعاش.

هر قطعه Rigid، از جمله تمامی قطعات و یا قسمت های ماشین آلات، دارای یک فرکانس تشدید طبیعی )فرکانس نوسان آزاد( می باشد. وقتی ضربه ای به یک کاسه ی زنگ می زنید، زنگ آغاز به نوسان در فرکانس طبیعی خود می کند تا زمانی که Damping داخلی آن دامنه ی ارتعاشات را به صفر برساند.

فرکانس طبیعی

این نکته هم جالب است در نظر داشته باشیم که همیشه فرکانس طبیعی مضر نیست. موارد گوناگونی وجود دارند. که ما از آن بهره می بریم. برای مثال می توان به هل دادن یک کودک در یک تاب اشاره کنیم. با استفاده از کمترین نیرو بهترین جابه جایی را به تاب خواهیم داد، البته اگر عمل وارد کردن نیرو به تاب هم زمان با لحظاتی باشد که جابه جایی صفر گردد.

در این جا لازم به ذکر است که، یافتن فرکانس طبیعی، چه به صورت تجربی و چه به صورت تحلیلی، در مورد مسائل پیچیده یکی از کارهای بزرگ و هزینه بر است و یک کار مهندسی قلمداد می شود. فرمول هایی برای محاسبه فرکانس طبیعی سیستم های ساده نظیر تیرها، صفحات و غیره در هندبوک های ارتعاشات وجود دارند که بیشتر برای محاسبه تقریبی فرکانس طبیعی سازه ها کاربرد دارند.

این فرمول ها تجربی هستند و ممکن است همه موارد را پوشش ندهند. کسانی که می خواهند از این فرمول ها استفاده کنند، بایستی شرایط تکیه گاهی و میرایی را در کار خود در نظر داشته باشند. از آن جایی که محاسبات فرکانس طبیعی مطابقت کاملی با فرکانس طبیعی پس از ساخت ندارد، معمولا این محاسبات با خطای ٪۲۰ صحیح می باشند.

و راه های مختلفی برای اندازه گیری فرکانس طبیعی در نتیجه تعیین این که ماشین یا قطعه ای از آن تحت فرکانس طبیعی خود نوسان می کند یا به نیروی محرک عکس العمل نشان میدهد وجود دارد. یک روش، انجام تست ضربه یا Bump Test است. برای این کار ماشین را خاموش کرده و با وسیله ی مناسبی به بدنه آن ضربه می زنند تا به ارتعاش بیفتد.

اندازه گیری ارتعاشات با آنالایزر (Filter Out)

در این صورت ضربه زدن سبب می شود تا بدنه ی ماشین تحت فرکانس طبیعی خود به نوسان درآید. و اگر ارتعاشات را با آنالایزر در حالت کلی (Filter Out) اندازه گیری کنند، فرکانس نوسانات )فرکانس طبیعی قطعه( روی فرکانس سنج دیده خواهد شد. اگر لرزش حاصل از ضربه به سرعت پیش از این که بتوان فرکانس را خواند، از بین برود. چندین ضربه ی متوالی و با سرعت کافی که بتوان خواند، وارد می کنند. شرایط تشدید در ماشین وقتی به وجود خواهد آمد که این فرکانس ناشی از ضربه با فرکانس ارتعاشات ماشین در حالت کار برابر باشد.

چندین راه برای تصحیح ارتعاشات تشدید وجود دارد. یکی آن است که فرکانس نیروی محرک را تغییر داد تا با فرکانس طبیعی برابر نباشد. مثلا اگر نیروی محرک از ماشینی است که در مجاورت ماشین مورد بحث قرار دارد، با تغییر دور آن  )در صورت امکان)  می توان اثر تشدید را کاهش داد. راه دیگر آن است که جرم و Stiffness ماشین را تغییر داد.

البته می توان از حالت تشدید با حذف کامل نیروی محرک پرهیز کرد. مثلا اگر آنبالانسی عامل پیدایش حالت تشدید باشد، ممکن است بالانس کردن با تولرانس های خیلی پایین تر غیر معمول اثرات ارتعاشات در تشدید را کاهش دهد. ولی اغلب چنین راه حل هایی بسیار مشکل و یا غیر عملی است. بهترین راه حل برای مسأله ی تشديد جدا کردن فرکانس های طبیعی و فرکانسهای محرک می باشد.

جهت بررسی و آنالیز ارتعاشات ناشی از تشدید یا رزونانس با ما در تماس باشید.