모달 진동수 학습
모든 것은 진동하며 우리 모두는 다음과 같은 많은 진동원에 익숙합니다.
- 악기류
- 균형이 맞지 않는 타이어가 장착된 자동차에 탑승
- 파일럿이 엔진 속도를 높일 때 비행기의 요동
- 기차가 통과할 때 발 아래의 진동
장기적인 진동은 구조물, 차량 및 기타 유형의 기계에 해로울 수 있습니다. 또한 피할 수 없는 경우도 많습니다. 이 옵션을 선택하지 않으면 진동으로 인해 정신적 피로나 부품이나 구조 장애가 발생할 수 있습니다. 진동은 진동수와 관련이 있습니다. 본질적으로 진동은 반복적인 동작을 수반합니다. 완전한 동작 시퀀스의 각 발생을 주기라고 합니다. 빈도는 지정된 기간 동안의 여러 주기로 정의됩니다. 초당 1주기는 1헤르츠에 해당합니다.
구조의 고유 진동수는 적용된 하중으로 인해 발생하는 인장 또는 압축 응력의 영향을 받습니다. 이러한 이유로 Autodesk Fusion은(는) 사전 하중 모드 계산 옵션을 포함합니다. 이 옵션이 활성화되지 않으면 적용된 모드의 효과는 무시됩니다.
모달 진동수란 무엇입니까?
구조물은 부과된 힘, 가속도 또는 변위에 의해 충격을 받을 때의 여러 고유 진동수를 나타냅니다. 특정 고유 진동수에 대해 구조물이 이동하는 방식을 모드 쉐이프라고 합니다. 모드 쉐이프에는 굽힘, 비틀림, 연장 및 수축이 포함되거나 이러한 효과의 조합이 적용될 수 있습니다. 다음과 같이 여러 가지 유형의 모달 진동수가 있습니다.
강체 모드: 전역 방향으로의 진동 이동(특히 변환) 또는 전역 축을 기준으로 하는 회전입니다. 이러한 모드는 모형이 하나 이상의 방향으로 구속되지 않은 경우에만 발생할 수 있습니다. 모형은 변형되지 않고 원래 위치를 기준으로 이동하기만 합니다. 구속조건으로 인해 구조물이 가능한 모든 모드 쉐이프로 진동하지 못하는 경우가 있습니다. 따라서 강체 모드는 일반적으로 의미가 없지만 구속되지 않은 모형에서 모달 분석을 실행하는 것이 유용할 수 있습니다.
기본 모드: 첫 번째(최저 진동수) 모드입니다(강체 모드 제외). 예를 들어, 누군가 바깥쪽 끝에 서 있을 때의 다이빙대 쉐이프는 첫 번째 기본 진동 모드와 유사합니다.
파형 모드: 일반적으로 기본 모드 중 하나가 여러 개 반복되는 것입니다. 파형 모드 쉐이프는 기본 모드보다 더 복잡하며 더 많은 변곡점이 있습니다. 다시 다이빙대 예로 돌아가면 다음은 기본적인 진동 모드의 두 번째 파형 이미지입니다. 보드의 앵커 끝을 고려하지 않고 길이를 따라 두 개의 변곡점(진한 파란색)이 있습니다.
한 가지 모드에 대해 간단한 위쪽 및 아래쪽 동작이 있을 수 있습니다. 그러면 간단한 측면 간 동작 또는 앞뒤로 진행되는 동작이 좀 더 높은 진동수로 발생할 수 있습니다. 이러한 간단한 기본 모드 사이에서 하나 이상의 파형 진동 모드를 발견할 수 있습니다. 따라서 각 연속(고진동수) 모드에서 쉐이프가 더 복잡해질 필요는 없습니다. 그러나 전반적인 추세는 진동수가 증가함에 따라 쉐이프가 더 복잡해진다는 것입니다.
다음은 고유 진동수 및 모드 쉐이프에 영향을 주는 계수입니다.
- 구조의 쉐이프
- 구조의 질량 및 질량 분산 방법
- 구조가 구속되는 방식
- 재질 및 구조의 강성
- 구조에 적용된 인장 또는 압축 하중
피아노, 기타 또는 피아노 줄을 고려해 보십시오. 줄의 질량이 클수록 진동수는 낮아집니다. 반대로 줄 장력이 클수록 진동수는 높아집니다. 가장 강한 진동은 전체 줄이 간단한 호 쉐이프로 앞뒤로 이동하는 첫 번째 기본 모드(또는 기본 진동수)입니다. 줄 쉐이프가 첫 번째 파형 모드의 S-곡선이 됩니다. 즉, 하나의 변곡점 중간길이가 있고, 줄의 절반 부분은 반대 방향으로 이동합니다. 진동수가 높은 진동이 낮은 진동수 모드 위에 겹쳐지면 배음 현상이 발생합니다.
모달 진동수 분석을 수행하는 이유는 무엇입니까?
모터와 같은 전원으로 인해 부착된 구조물이 자연적으로 진동하는 진동수를 생성하면 심각한 결과가 발생할 수 있습니다. 고유 진동에 따라 어떤 요소가 진동하면 진동이 증폭됩니다. 이러한 현상을 공진이라고 합니다. 진동이 객체에 공진을 일으키는 경우에는 부품이 응력을 견디도록 디자인하지 않는 한, 파괴가 발생할 수 있습니다.
엔지니어는 기계의 정기적인 작업 중에 공진이 발생하지 않도록 디자인해야 합니다. 다음은 모달 진동수 분석의 주요 목적입니다. 이상적으로 첫 번째 모드의 진동수는 잠재적 주행 진동수보다 높습니다. 또는 작동 속도에서의 주행 진동수는 고유 진동수를 초과할 수 있습니다. 이 경우 디자인은 기계가 작동 속도로 가속화되는 동안 발생하는 순간 공진을 견뎌야 합니다.
특정 경우에 엔지니어가 디자인 공진을 원할 수도 있습니다. 이러한 장치의 예로는 초음파 세척기가 있습니다. 기계를 진동시키는 데 필요한 힘을 최소화하고 진동 크기를 최대화하기 위해 고유 진동수로 구조를 자극합니다.
고유 진동수를 피하려는 경우든, 고유 진동수를 달성하려는 경우든, 모달 진동수 시뮬레이션은 디자인 프로세스에서 매우 중요한 부분입니다.