(기계공학실험) 기저가진 실험

목차

1. 실험 목적
2. 실험 장비
3. 실험 이론
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 결과 분석 및 고찰
7. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목적
이용한 1자유도 진동계를 가진 주파수를 변화시킬 수 있는 가진기(exciter)에 연결시켜 진폭, 위상차, 공진 주파수, 감쇠율 등을 구하여서 기저가진(base excitation)에 의한 1자유도 강제진동의 특성을 알아본다.

2. 실험 장비
-힌지, 보, 스프링, 질점, 가속도 센서(Accelerometer), 증폭기(Power Amplifier)), 신호처리기(Signal Conditioner, 가진기(Vibration exciter), 함수 발생기

<중 략>

이 실험에서 중요한 것은 공진이 일어날 때 두 시스템 위상차 이다. r(w=가진주파수/w_n=고유쥬파수)값이 낮을 때, Low Frequency는 위상차가 90° 보다 작기 때문에 기저와 질량이 같은 방향으로 움직인다. 하지만 가진주파수가 고유주파수를 넘어 High Frequency로 갈 때는 기저의 움직임과 질량의 움직임의 방향이 반대가 되어 180°위상차이가 나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 r=1 근방에서 X/Y 값이 크게 나오는 것을 실험과 계산을 통해 확인 할 수 있었다. 이 지점이 공진(resonance)점이라고 하는데 위 실험결과로 6.14Hz의 값이 나왔다. 공진점에서 진폭이 가장 크게 나타나는데 이는 공학적으로 큰 의미가 있다. 교각 등의 구조물을 설계할 때에 주변을 흐르는 유체나 기체에 의해 공진 현상이 발생하여 진폭이 점점 커지면서 파괴될 수 있기 때문이다. 미국의 타코마 브릿지 파괴는 공진의 위험성을 보여주는 좋은 예이다.
이 실험은 힌지에 보를 달고 오른쪽에 스프링에 가진기를 달은 시스템을 측정하였다. 하지만 실험 결과 감쇠율이 ζ=0.02 나왔는데 이는 고려하지 못한 감쇠(Damper)가 있음을 예상할 수 있다. (mx) ̈+kx=y(t)이 이론적인 식이지만 스프링(k)의 질량을 작다고 가정하여 고려하지 않았다. 스프링의 질량에 의해 감쇠가 생겼고, 이것은 이론과 실험에서 생기는 오차라고 볼 수 있다. 만약 감쇠가 없었다면 감쇠율이 ζ=0 가되고, 진폭이 발산하게 될 것이다. 흡진기 시스템은 스프링 질량처럼 흡진기가 감쇠역할을 하여 가진력이 흡수된다. 그래서 공진이 일어나지 않아 간단히 진동을 줄일 수 있는 시스템이다.

참고 자료

최신기계진동학 /3판/ Daniel J. lnman / Prentice Hall /2009