ارتعاش زمانی تعریف می‌شود که یک جسم الاستیک مانند فنر، یک تیر و یک شفت با اعمال نیروهای خارجی از پیستون جابجا شده و سپس به عنوان حرکت ارتعاشی آزاد می‌شوند. هنگامی که ذرات جسم با اعمال نیروی خارجی جابجا می‌شوند، نیروی درونی به شکل انرژی کشسان در جسم وجود دارد، سعی می‌کند جسم را به موقعیت اولیه خود برساند.
در حالت تعادل، کل انرژی الاستیک به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود و جسم در جهت مخالف آن به حرکت خود ادامه می‌دهد. کل انرژی جنبشی دوباره به انرژی الاستیک یا کرنش تبدیل می‌شود که در نتیجه جسم دوباره به وضعیت تعادل خود باز می‌گردد. به این ترتیب حرکت ارتعاشی به طور نامحدود تکرار می‌شود و تبادل انرژی صورت می‌گیرد. بنابراین، هر حرکتی که تکرار شود، بر یک زمان بازه تأثیر بگذارد، ارتعاش یا نوسان نامیده می‌شود.
ارتعاشات مکانیکی نقش مهمی در زمینه مهندسی خودرو و مهندسی سازه ایفا می‌کند. هنگامی که هر گونه اختلال ناگهانی رخ می‌دهد، سازه باید در موقعیتی باشد که بتواند با آن مقابله کند. بنابراین، در این مقاله، تمام مفاهیم ارتعاشات مانند تعریف، انواع ارتعاشات مکانیکی و کاربردها را ارائه می‌کنیم.
ارتعاشات مکانیکی چیست ؟
ارتعاش یک پدیده مکانیکی است که در آن نوسانات در اطراف یک نقطه تعادل رخ می‌دهد. این کلمه از لاتین vibrationem گرفته شده است. نوسانات ممکن است دوره‌ای باشند، مانند حرکت آونگ یا تصادفی، مانند حرکت لاستیک در جاده.
انواع ارتعاشات:
-
ارتعاش آزاد
ارتعاش آزاد زمانی رخ می‌دهد که یک سیستم مکانیکی با یک ورودی اولیه به حرکت در می‌آید و اجازه می‌دهد آزادانه ارتعاش کند. نمونه‌هایی از این نوع ارتعاش عبارتند از: عقب کشیدن کودک روی تاب و رها کردن آن یا ضربه زدن به چنگال. سیستم مکانیکی در یک یا چند فرکانس طبیعی خود مرتعش می‌شود و تا حد بی حرکتی کاهش می‌یابد.
-
ارتعاش اجباری
ارتعاش اجباری زمانی است که یک اختلال متغیر با زمان (بار، جابجایی، سرعت یا شتاب) به یک سیستم مکانیکی اعمال شود. اختلال می‌تواند یک ورودی دوره‌ای و حالت پایدار، یک ورودی گذرا یا یک ورودی تصادفی باشد. ورودی دوره‌ای می‌تواند یک اختلال هارمونیک یا غیر هارمونیک باشد. نمونه‌هایی از این نوع لرزش‌ها عبارتند از: لرزش ماشین لباسشویی به دلیل عدم تعادل، لرزش حمل و نقل ناشی از جاده ناهموار، یا لرزش ساختمان در هنگام زلزله.
-
ارتعاش میرایی
ارتعاش میرایی: هنگامی که انرژی یک سیستم ارتعاشی به تدریج توسط اصطکاک و سایر مقاومت‌ها تلف می‌شود، ارتعاشات میرا می‌شوند. ارتعاشات به تدریج کاهش یا تغییر در فرکانس یا متوقف می‌شوند و سیستم در موقعیت تعادل خود قرار می‌گیرد. نمونه‌ای از این نوع ارتعاش، سیستم تعلیق خودرو است که توسط کمک فنر مرطوب شده است. هنگامی که در هر چرخه ارتعاش، دامنه کاهش می‌یابد، گفته می‌شود که حرکت ارتعاش میرایی است.
انواع ارتعاشات مکانیکی:
-
لرزش اجباری میرا
اگر نیروی خارجی (یعنی جرم) به سیستم وارد شود، آنگاه سیستم تحت حرکت ارتعاشی قرار می‌گیرد و بنابراین به عنوان ارتعاش اجباری در سیستم نامیده می‌شود. اگر دمپر به همراه نیروی خارجی وارد بر سیستم در داخل ساختمان القا شود، سیستم ارتعاشات اجباری میرا نامیده می‌شود.
-
لرزش غیر میرا
همانطور که از نام آن پیداست به این معنی است که یک دمپر در سیستم وجود دارد که برای جذب ارتعاشات مکانیکی استفاده می‌شود. اما سیستم تحت هیچ نیروی خارجی قرار نمی‌گیرد، به این معنی که سیستم تحت ارتعاشات طبیعی است که به آن ارتعاشات آزاد نیز می‌گویند. به کل سیستم با تمام این مشخصات، سیستم ارتعاشی Damped free گفته می‌شود.
توضیح ارتعاش غیر میرا:
ارتعاشات آزاد نوساناتی هستند که در آن انرژی کل در طول زمان ثابت می‌ماند. این بدان معنی است که دامنه ارتعاش ثابت می‌ماند. این یک ایده تئوری است زیرا در سیستم‌های واقعی انرژی در طول زمان به محیط اطراف پراکنده می‌شود و دامنه به صفر می‌رسد، به این اتلاف انرژی میرایی می‌گویند.
-
سیستم مانیتورینگ ارتعاشات
سیستم مانیتورینگ ارتعاش شامل نظارت بر ارتعاشات مکانیکی ، تشخیص مشکل ماشین و مزایای نظارت بر ارتعاش است. در حین چرخش ماشین آلاتی مانند توربین‌ها، فن‌ها، پمپ‌ها و غیره ارتعاشاتی به نام مانیتورینگ ارتعاشی را نشان می‌دهند. ارتعاشات در سیستم به دلایل زیادی رخ می‌دهند.
-
ارتعاشات تصادفی
در مهندسی مکانیک ارتعاش تصادفی حرکتی است که غیر قطعی است، به این معنی که رفتار آینده را نمی‌توان به طور دقیق پیش بینی کرد. تصادفی بودن مشخصه تحریک یا ورودی است، نه شکل حالت یا فرکانس طبیعی. برخی از نمونه‌های رایج عبارتند از: اتومبیل سواری در جاده‌های ناهموار، ارتفاع موج روی آب، یا بار وارد شده به بال هواپیما در طول پرواز. در اصطلاح ریاضی، ارتعاش تصادفی به عنوان یک فرآیند ثابت مشخص می‌شود.
-
ارتعاشات غیرخطی و تصادفی
پدیده‌های ارتعاشی که ممکن است با استفاده از تئوری ارتعاش خطی به خوبی مدل‌سازی شوند، شامل ارتعاشات دامنه کوچک اجسام باریک بلند مانند پل‌های بلند، هواپیما، بال، پره‌های هلیکوپتر و غیره است. سیستم‌های غیرخطی می‌توانند رفتارهایی را نشان دهند که سیستم‌های خطی نمی‌توانند.
-
عدم تعادل چرخشی
عدم تعادل چرخشی، توزیع ناهموار جرم حول محور چرخش است. جرم یا روتور در حال چرخش زمانی نامتعادل گفته می‌شود که مرکز جرم آن با مرکز چرخش (محور هندسی) هم تراز نباشد. عدم تعادل باعث ایجاد یک گشتاور می‌شود که به روتور یک حرکت نوسانی مشخصه ارتعاش سازه‌های در حال چرخش می‌دهد.
کاربرد ارتعاشات مکانیکی:
- شناسایی سیستم: اگر می‌خواهید جرم، سفتی و میرایی یک سیستم ارتعاشی را محاسبه کنید، باید آنالیز ارتعاش را انجام دهید که در پایش سلامت سازه استفاده می‌شود.
- طراحی قطعات: زمانی که در حال طراحی اجزای یک خودرو هستید، باید به این نکته توجه داشته باشید که ارتعاشات مکانیکی خارج شده توسط موتور نباید با سایر اجزا مطابقت داشته باشد و اگر اینطور باشد، ممکن است احتمال خرابی مانند شل شدن آن وجود داشته باشد.
