[기계공학실험]외팔보의 고유진동수 측정 1부

실험 목적

가속도계(Accelerometer)와 충격망치(Impact Hammer) 그리고 진동신호분석기(FFT Analyzer)를 사용하여 피시험체의 가진에 대한 응답 신호를 분석해 봄으로써 진동 신호 분석기의 사용법과 진동신호처리 및 분석에 대한 이해를 목표로 하고 있다.

 

실험 이론 및 원리

1. 진동

- 일정한 시간간격(=주기, Period)을 두고 반복적으로 일어나는 운동 또는 현상

- 기계장치나 구조물 등이 동적인 힘을 받아서 떨리는 현상

- 물체의 시간이 흐름에 따라 하나의 점을 중심으로 반복적으로 왔다 갔다 하면서 움직이는 상태 혹은 어떤 물리적인 값이 일정 값을 기준으로 상하 요동을 보이는 상태.

 

2. 진동 발생의 원인

- 회전이나 왕복운동을 하는 물체들에서 불균형한 힘들과 기계부속품들 사이에서 발생되는 마찰, 회전 접촉, 제작상의 오차 등

 

3. 진동계의 구성요소

- 위치에너지 저장요소(스프링 또는 탄성체)

- 운동에너지 저장요소(질량체)

- 에너지 소멸요소(감쇠기)

 

4. 고유진동수

β1l = 1.875104 = λ1

β2l = 4.694091 = λ2

β3l = 7.854757 = λ3

β4l = 10.995541 = λ4

 

5. 공진

진동계가 그 고유진동수와 같은 진동수를 가진 외력(外力)을 주기적으로 받아 진폭이 뚜렷하게 증가하는 현상을 가리킨다. 이를 이용하면 세기 가 약한 파동을 큰 세기로 증폭시킬 수 있다.

6. 용어 정리

1) 진동학 (다자유도계의 운동방정식) : 정지된 기준좌표계나 공칭(또는 평형)위치에 대하여 그 물체에 작용하 는 힘을 연구하는 학문.

 

2) 고유진동수(Natural Frequency) : 계가 가지고 있는 고유한 진동수 로 질량과 강성의 함수.

3) 공진 : 가진력의 주파수가 구조물이나 계의 고유진동수와 일치할 때 진동의 진 폭이 커지는 현상

 

실험 기구 및 장치

1. 실험 재료

실시간 신호분석기인 Orchestra는 최대 24채널까지의 소음/진동을 측정할 수 있고 또한 컴퓨터와 연결된 소프트웨어를 통해 실시간 신호처리(FFT/PSD)를 할 수 있다. 

그림 1. 신호분석기 및 주요기능

실험 방법

1. 실험 과정

1) 가속도계를 교정기를 사용하여 교정 한다.

 

2) 주파수 분석기에서 측정모드와 가속도계, 충격 망치의 민감도 (Sensitivity)를 설정한다.

 

3) 외팔보의 임의의 위치에 가속도계를 부착하고 센스 케이블을 신호분석기 의 2채널 입력단자에 연결 한다.

 

4) 충격망치를 주파수 분석기의 1채널 입력단자에 연결한다.

 

5) 충격해머로 외팔보를 타격하여 신호분석기의 입력값의 범위를 설정 한다

 

6) ‘Start'버튼을 누르고 충격망치로 외팔보를 타격한다.

 

7) 신호의 측정이 끝나면 주파수 분석기의 시간영역 상에서 측정된 데이터의 양상을 고찰한다.

 

8) 측정데이터를 주파수 영역 상으로 변환하여 스펙트럼 분석을 한다.

 

9) 주파수 응답함수(FRF, Frequency Response Function)데이터를 구하여 외팔보 모델의 고유 진동수 를 찾는다.

 

10) 측정 데이터의 FRF결과를 출력시키고 결과 분석을 한다.

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