외팔보를 이용한 진동감쇠기 (Seismic Design)내진설계
외팔보를 이용한 진동감쇠기 (Seismic Design)내진설계
모든 물체는 고유진동수를 가지고 있고 조화가진 시 가진주파수와 고유진동수가 일치하게 되면 공진이 발생하여 파괴되는 문제가 있습니다.
이러한 공진문제를 해결하는 방법중 하나로 공진주파수가 같은 물체를 부착하면 이론적으로 진폭이 0이되는데 이를 알아보도록 하겠습니다.
진폭이 0이 되는 공학적이유는 아래와 같습니다.
사진 설명을 입력하세요.
EX) 만약 11HZ의 고유진동수 (Natural frequency)를 가진 물체가 있을 때 이와 같은 진폭을 가진 물체를 만들어 보도록 하겠습니다.
아래와 같이 동전을 이용하여 외팔보형태의 기구를 설계하면 됩니다.
사진 설명을 입력하세요.
외팔보 형태로 만든 이유는 정확히 등가질량(Equivalent mass)을 계산할 수 있고(23.6% 이는 적분법으로 구하면 되는데 다음에 알아보도록하겠습니다.) 직접만들기 쉽기 때문입니다.
이렇게 얼추 비슷하게 만들고 ANSYS 를 통해 이론값이 맞는지 확인합니다.
ANSYS도 이론값이긴 합니다...
좌 : 1차 모드 우 :2차 모드
1차고유진동수는 11.053HZ로 왼쪽과 같은 Mode shape를 보이고 2차고유진동수는 148.34HZ로 Mode shape를 보면 트위스팅되는 것을 볼 수 있습니다.
이 결과를 잘 생각해보면 트위스팅되기 까지가 어렵다라는 결론과 실제 내진설계와 같은 공학설계에서는 높은차수까지 고려할 필요성이 없다는 것을 유추해 볼 수 있습니다.
이를 실제로 알아보기 위해 가속도 센서를 부착 후 실험한 결과는 다음과 같습니다.
실제 공진주파수 대역에서의 가속도 측정결과.
사진 설명을 입력하세요.
위의 결과에서 보듯 공진영역의 진폭이 0에 가깝게 된 것을 볼 수 있다.