ارتعاشات

مروری اجمالی بر مفاهیم ارتعاشات

هر سیستم ارتعاشی، به تعداد درجات آزادی‌اش دارای فرکانس طبیعی است. سیستم جرم و فنر، ساده‌ترین سیستم ارتعاشی است که با فرض حرکت در یک راستا، فقط یک فرکانس طبیعی دارد. در واقعیت، سازه‌ها می‌توانند دارای n درجه آزادی و به تبع آن n فرکانس طبیعی باشند. به‌عنوان مثال، یک شفت علاوه بر اینکه همانند اجسام صلب، ۶ درجه آزادی (سه درجه آزادی حرکت انتقالی و سه درجه آزادی حرکت دورانی) دارد، می‌تواند خم شود، بپیچد و یا در راستای محور خود نوسان کند. به هر یک از این رفتارها، یک مود ارتعاشی می‌گویند. به شش مود اول ارتعاشی، مودهای صلب گفته می‌شود. در این مودها، سازه فقط می‌تواند حرکت انتقالی یا دورانی داشته باشد و فاصله اجزاء تشکیل‌دهنده آن نسبت به هم عوض نمی‌شود.

مودهای خمشی، پیچشی، محوری و غیره، همگی جزء مودهای غیرصلب (الاستیک) سازه هستند که هر کدام می‌توانند شامل n مود باشند. به‌عنوان مثال اگر یک شفت خم شود و فقط یک قوس در طول آن ایجاد شود، تغییر شکل آن از نوع مود خمشی اول است. بدیهی است که شفت می‌تواند طوری خم شود که n قوس در طول آن ایجاد شود که به آن مود خمشی nام سازه گفته می‌شود. سازه در اثر نوسان در هر مود می‌تواند شکل خاصی پیدا کند که با عنوان شکل مود ارتعاشی شناخته می‌شود. همانطور که قبلاً گفته شد، سازه در هر مود ارتعاشی، یک فرکانس طبیعی دارد. پس به تعداد درجات آزادی خود، فرکانس طبیعی دارد.

ارتعاشات

یک سیستم ارتعاشی می‌تواند آزادانه ارتعاش کند و یا توسط یک عامل تحریک، به ارتعاشات وادار شود که به ترتیب، بیانگر مفهوم ارتعاشات آزاد و ارتعاشات اجباری است. در ارتعاشات آزاد، سازه با فرکانس طبیعی خود نوسان می‌کند و در ارتعاشات اجباری، سازه با فرکانس تحریک (که ناشی از عامل تحریک است) وادار به نوسان می‌شود. اگر فرکانس تحریک به فرکانس طبیعی سیستم نزدیک باشد، پدیده تشدید یا رزونانس رخ می‌دهد.

در اثر این پدیده، دامنه نوسانات سازه به‌طور فزاینده افزایش می‌یابد و در نهایت می‌تواند موجب تخریب سازه شود. در سازه‌های پیچیده با درجات آزادی زیاد که عوامل تحریک مختلفی همواره به هر جزء آن‌ها وارد می‌شود (مانند توربین‌های گاز)، برابر شدن فرکانس‌های طبیعی و تحریک، اجتناب‌ناپذیر است. برای اجتناب از پدیده تشدید، معمولاً از جاذب‌های ارتعاشی استفاده می‌کنند و یا سعی می‌کنند سازه را به‌سرعت از محدوده تشدید دور کنند. یک سیستم پیچیده مانند توربین گاز، از اجزاء مختلفی تشکیل شده که هر کدام دارای درجات آزادی مختلفی هستند. در حین عملکرد توربین، هر جزء از آن تحت تاثیر عوامل تحریک مختلفی قرار دارد. بنابراین، برای انجام موفقیت‌آمیز ماموریتی که به توربین سپرده شده، شناخت دقیق عوامل تحریک و رفتار ارتعاشی هر جزء، ضروری است.

ارتعاشات

منبع:

Turbina Technical Team

دیدگاه بگذارید

avatar
  مشترک شدن  
اطلاع رسانی