vibration
진동이론
정의
진동이란 가진력에 의해 어느 물체가 기준 위치에 대해 반복운동을 하는 흔들림 현상이다. 이러한 진동은 때로는 유용한 경우도 있지만 대부분 원하지 않는 공해진동으로서 인간의 생리적 장애와 심리적 불쾌감을 주고, 쾌적한 생활환경을 파괴할 뿐만이 아니라 기계자체의 수명과 건축구조물 수명에 나쁜 영향을 준다. 공해진동의 진동수 범위는 1~90Hz이며 진동레벨로는 60dB ~ 80dB까지가 많고 사람이 느끼는 최소 진동가속도 레벨은 55±5dB정도이다.
진동의 종류
- 일반FACTORY진동 : 대-소형 각종 기계의 작동시 주위에 미치는 진동
- 건설진동 공사장에서 각종 건설장비의 작동에 의해 발생하는 진동
- 교통진동 각종 도로주변에서의 차량에 의해 발생하는 진동
- 지진의 의한 진동 : 지층의 흔들림에 의한 진동
- 미진동 연구소, 반도체 측정실 등에 영향을 주는 적은 진동
진동의 영향
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- 주위에 미치는 영향
- 공작기계나 정말 측정실에 의한 영향이 미치는 경우 제품의 정밀도에서 현격한 저하를 가져온다.
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- 신체에 미치는 영향
- 진동이 매우 심한 곳에서 작업하는 경우 작업자의 생산능률은 물론이고 건강에도 매우 나쁜 영향을 가져온다.
진동의 영향
| 진동수 (Frequency) | 주기적인 현상이 매초 반복되는 횟수. [단위 : Hz] |
|---|---|
| 진폭 (변위,Amplitude) | 진동을 변위와 시간의 함수로 나타낸 것. [단위 : m, cm, mm] |
| 진동속도 (Vibration Frequency) | 단위 시간당의 변화량. 즉 진동의 변위가 시간과 함께 변화하는 것. [단위 : m/s, cm/s, mm/s] |
| 고유진동수(Natural Frequency) | 자유진동하고 있는 진동계에는 그 계에 대한 고유한 진동수를 가지고 있다. 이 진동수를 말한다. 방진재의 경우도 동일하다. |
| 강제진동수 (Forced Frequency) | 어떤 강체에 가해지는 외력에 의해 일어나는 진동을 말하며 이때 발생된 외력의 진동수를 강제진동수라 한다. |
| 진동가속도레벨 (Vibration Acceleration Level) |
진동가속도의 크기를 데시벨(dB)로 나타낸 것.  |
| 공진(Resonance) | 진동계에 작용하는 외력의 진동수와 그 계의 고유진동 수가 일치할때 발생하며 이 때를 공진이라고 한다. |
진동의 기초 이론
위 그림 같은 정현진동에서 시간 t에 대한 변위진폭 x는 다음 식으로 나타낸다. (위상각 θ는 무시)
- x=Ao sin ωt -----------------------------------------------------------(1)
여기서 Ao는 변위지폭의 피-크티, ω는 각진동수 (2πf) 이다. - 속도진폭 υ는 식(1)을 시간 t로 미분하면
υ=Ao ω cos ωt --------------------------------------------------------(2) - 가속도진폭 a는 식(2)을 시간 t로 미분하면
υ=-Ao ω² sin ωt ------------------------------------------------------(3)
진동을 나타낼 때 최대치로 표시한 경우와 실효치로 표시한 경우가 있으며, 어느 것이나 sin 및 cos의 시간적 변화분을
배제하고 표시하여도 진동의 강약을 알 수 있다. 즉, A를 변위의 최대치 또는 실효치라 하면
- mx : 관성력(m:질량kg)
- cx: 점성저항력(C:감쇠계수, N/cm/s)
- kx : 스프링의 복원력(k:스프링정수, N/cm)
- F(t) : 외력의 가진함수
위와 같이 속도 및 가속도는 변위에 ω, ω²을 각각 곱하여 구한다.
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