ارتعاشات

ارتعاشات یکی از پدیده‌های مهم در مهندسی است که به حرکت‌های تکراری اجسام حول موضع تعادل اطلاق می‌شود.

ارتعاشات آزاد (Free Vibration) زمانی رخ می‌دهند که سیستم بدون اعمال نیروی خارجی مستمر، فقط یک‌بار از موضع تعادل خارج شود و سپس رهاشود. در این حالت، سیستم در فرکانس طبیعی آن ارتعاش می‌کند. برای یک سیستم جرم-فنر ساده بدون دمپر از رابطه زیر استفاده می شود:

فرکانس طبیعی بر حسب هرتز به صورت زیر محاسبه می شود:

که دوره تناوب را می توان با فرمول زیر محاسبه کرد:

ارتعاشات اجباری (Forced Vibration) زمانی بوجود می‌آیند که نیروی خارجی متناوب بر سیستم اعمال شود. در شرایط حالت پایا، پاسخ سیستم به همان فرکانس اعمال‌شده ارتعاش می‌کند.

تشدید (Resonance) زمانی رخ می‌دهد که فرکانس نیروی خارجی برابر با فرکانس طبیعی سیستم باشد. در این حالت، دامنه‌ی ارتعاش به حد نهایت می‌رسد و برای سیستم بدون دمپر، دامنه نامحدود می‌شود. در سیستم‌های واقعی که دمپر دارند، دامنه در تشدید محدود است اما هنوز بسیار بزرگ است.

دمپینگ (Damping) یا میرایی نیروی مقاومتی است که انرژی سیستم را تلف می‌کند. این نیرو معمولاً متناسب با سرعت است:

که در این رابطه  دمپینگ بحرانی است.

انواع دمپینگ عبارتند از: سیستم بدون دمپ () که با هماهنگی ارتعاش می‌کند اما با دامنه کاهش‌یافته؛ دمپینگ بحرانی () که به‌سریع‌ترین شکل بدون ارتعاش اضافی به تعادل می‌رسد و برای بسیاری از کاربردهای عملی مطلوب است؛ و سیستم بیش‌دمپ  که به شکل ‌آهسته‌تری به تعادل بازمی‌گردد.

جرم معمولاً یک وزنه‌ی فلزی است که می‌تواند به آزادی حرکت کند. فنر یک عنصر الاستیک است که از طریق قانون هوک، نیروی بازگرداننده ایجاد می‌کند. دمپر یا دمپرهای ویسکوز معمولاً سیلندر‌های پر از روغن هستند که در آن پیستون در روغن حرکت می‌کند.

کاربردهای عملی دستگاه جرم-فنر-دمپر شامل: طراحی سیستم‌های تعلیق خودروها که از فنرها و دمپرها تشکیل شده‌اند؛ جذب‌کننده‌های ارتعاش (Vibration Absorbers) برای کاهش ارتعاشات در ماشین‌آلات؛ و سیستم‌های عایق‌کننده (Isolation Systems) برای جدا کردن دستگاه‌های حساس از منابع ارتعاش می‌توان اشاره کرد.

توسط دستگاه RD084  امکان بررسی ارتعاشات آزاد میرا سیستم مکانیکی و مشاهده فرکانس طبیعی سیستم یک درجه آزادی وجود دارد. علاوه بر این اثر جرم بر روی فرکانس طبیعی یک سیستم مرتعش و اثر ضریب میرایی بر نحوه ارتعاش در یک سیستم مرتعش نیز قابل بررسی و مشاهده است. درک عمیق مفاهیمی مانند فرکانس طبیعی، دمپینگ، تشدید، و نسبت فرکانس برای اطمینان از ایمنی و کارایی سیستم‌های مهندسی ضروری است.