부산대학교 기계공학부 기계공학응용실험 A+보고서(6. 기초진동실험)-2021년 2학기

소개글

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목차

1. 실험목적
2. 실험내용 및 이론
3. 실험장치 및 구성
4. 실험방법
5. 실험결과
6. 결과 분석 및 고찰
7. 참고문헌

본문내용

1. 실험목적
본 실험의 목적은 1 자유도 강체 보 진동계의 자유진동, 강제진동 실험을 통해 진동의 실험해석과 관련된 실험 기법, 개념을 습득하는 것이다.

2. 실험내용 및 이론
(1) 실험내용
본 실험에서는 보와 스프링, 점성 감쇠기로 구성된 1 자유도 진동구조물의 자유 진동과 강제 진동의 특성을 실험으로 측정하고 분석한다.
자유 진동 실험에서는 강체 보에 초기 처짐 변위를 부과하여 자유 진동 응답을 발생시켜서 진동 주기와 진동 파형을 측정한다. 강제 진동 실험에서는 보에 설치된 가진 모터를 작동하여 불평형 관성력에 의한 조화 가진력을 발생시켜 진동계를 가진시키고, 그에 따른 조화 가진 응답을 측정, 분석한다.
자유 진동 실험에서는 고유 진동수와 감쇠 비를 구하고 직접 측정한 데이터로부터 미지의 진동계 파라미터, 즉 질량 관성모멘트, 스프링 상수, 감쇠 값을 구한다. 그리고 강제 진동 실험에서는 동확대율(magnification factor) 및 위상각(phase)을 측정하고, 이로부터 고유 진동수와 감쇠 비를 구한다.

(2) 이론적 배경
실험 대상 진동계는 비교적 간단한 구조의 1 자유도 회전 진동계로 운동방정식을 정식화해서 이론적으로 진동 특성을 해석할 수 있다.
운동방정식 정식화에서 강체 보의 회전 지지부에서의 회전마찰은 무시하고, 보를 지지하고 있는 코일 스프링과 대시 포트(dash pot) 감쇠기는 선형성을 가지는 것으로 가정한다. 회전 지지점을 A로 하면, A점에 대한 회전운동방정식은 (8.1)가 된다.
이 식에서 이고, M은 강체봉의 질량, C는 감쇠기의 감쇠 상수, K는 스프링의 스프링 상수, m은 불 평형 질량(불 평형 원판의 구멍부분에 해당하는 질량; 불 평형 원판 2장), 는 가진 모터의 1초당 회전수를 2로 나눈 값, 는 불 평형 질량의 편심거리(불 평형 원판의 구멍까지의 반지름), 은 가진 모터의 부착 거리를 나타낸다. 또한, 는 가진 모터의 불 평형 질량 가진력, 이 회전 중심점 A에 대해 만들어 내는 모멘트의 진폭이다.

➀ 자유 진동
자유 진동은 가진 모터를 정지 상태에서 강체 보에 초기 각 변위 와 초기 각 속도 가 주어질 때 발생하는 진동계의 관성, 강성, 그리고 감쇠 값에 의해서 결정되는 고유진동 현상이다. 모터가 정지 상태이므로 식 (8.1)에서 이 되어, 자유 진동 운동방정식은 (8.2)이 된다.

참고 자료

기계공학 응용실험, 기계 공학 실험 교재 편찬회