[기계공학실험]공진주파수 측정

소개글

어떤 외부에서 물체에 가해지는 주파수가 고유 진동수와 일치할 때 진폭은 이론적으로 무한대로 커지며 심하게 흔들리게 되는데 이런 현상을 공진(Resonance)이라고 한다. 공학적 설계에 있어서 공진은 대단히 치명적이다. 정적설계상으로 아무 문제가 없는 시스템이라 하더라도 공진 주파수가 가해질 경우 시스템이 붕괴될 수 있기 때문에 공학자는 항상 공진현상을 피해서 설계를 해야 된다. 본 실험을 통해서 공진 현상이 공학적으로 갖는 의미를 파악한다.

목차

요약
목차
그림 목차
표 목차
1. 실험목적
2. 실험이론
2.1 진동
2.2 고유진동수란?
2.3 진동모드
2.4 진동 모드 형상
3. 실험장치
4. 실험방법
5. 실험결과
6. 결론 및 고찰
7. 참고 문헌

본문내용

1. 실험목적
고유진동수(Natural Frequency)란 각 물체가 가지는 고유한 진동특성을 말하는 것으로, 만일 진동계가 고유 진동수와 동일한 진동수를 가진 외력을 주기적으로 받으면 그 진폭이 무한대로(이론적으로) 증가하게 될 것이다. 이렇게 물체가 갖는 고유 진동수와 외력의 진동수가 일치하게 되어 진폭이 증가하는 현상을 공진(Resonance)현상이라고 하며 좋은 예로 미국의 타코마 다리의 붕괴를 들 수 있다.
타코마 다리의 붕괴와 같은 공진현상은 생활 곳곳에서 일어날 수 있으며 우리가 사용하는 여러 가지 기계들에서도 발생할 수 있다. 기계를 설계할 때 공진을 고려하지 않고 설계한다면 타코마 다리의 붕괴와 같은 일이 일어날 수도 있다. 본 실험에서는 공진현상과 관련하여 물체의 고유진동수 측정과 공진에 의한 진동 모드에 대해서 실험하고자 한다.

2.실험이론
2.1 진동(Vibration)
물체가 시간이 흐름에 따라 하나의 점을 중심으로 반복적으로 왔다 갔다 하면서 움직이는 상태 혹은 어떤 물리적인 값이 일정 값을 기준으로 상하 요동을 보이는 상태를 말한다. 진동은 진자의 운동과 같이 주기가 있는 변화이다. 주기가 규칙적일 필요는 없다. 진동은 대개 물리계에서 나타나나, 생물이나 사회현상에도 나타나는 현상이다. 소리를 들을 수 있는 것도 공기가 진동하기 때문이다.
예) 바람직한 진동의 예:
- 종, 실로폰, 가야금 등과 같은 악기의 진동
- 유스타키오관의 진동 (동물의 청각을 가능하게 함)
- 열 교환기의 기포처리 장치
- 시계추의 운동
바람직하지 않은 진동의 예:
- 공항주변의 소음 (주민의 정신건강 파괴)
- Tacoma Narrow Bridge의 바람에 의한 진동 (파괴)
- 인공위성 안테나의 진동 (위성 통신 범위 제한 및 위성 수명 단축)
- 공작기계 Tool 진동에 의한 chatter현상 (가공 정밀도 저하)
- 수도관의 진동 (누수 및 피로파괴 현상)

참고 자료

1) 이능헌·이덕출·신영화·최동진 공저,“기초회로실험”, 웅보출판사, 1999, P139~140
2) 김원회·김준식 공저,“자동화를 위한 센서공학”, 성안당, 2002, P177~179
3) Benson H.Tongue/Sheri D.Sheppard 공저, “동역학", Wiley, 2005, P465~496
4) 김찬중 저, “길잡이 공업수학”, 문운당, 1998, P112~117
5) 이건복·임병덕·정태건·황재혁 공저, “최신기계진동학”,2002, P535~539
6) William T.Thomson/Marie Dillon Dahleh, "Theory of Vibration with applications 5/e", Prentice Hall,1998, P13~15