1. Abstract
일반적으로 기계 구조물은 작동 중에 일정한 진동수를 가지는 진동을 발생합니다. 진동의 관점에서 보았을 때 기계 구조물의 주요 설계 목표는 엔진 또는 모터가 바닥을 흔드는 전달력을 줄이거나 구조물의 중요 부품의 진동 변위를 줄이는 것입니다. 진동을 줄이는 방법에는 진동 절연, 감쇠 또는 동흡진기를 사용하는 방식이 있습니다.
이 문서에서는 기반 구조물에 부착된 물체가 정해진 속도 프로파일을 따라 움직일 때 기반 구조물의 진동 응답을 얻는 해석 과정을 설명합니다. 그리고 동흡진기를 설계하고 그것을 적용하여 진동 응답이 제어하는 과정을 보여줍니다.
2. 동흡진기(vibration absorber)
2-1. 동흡진
일반적으로 기계 구조물은 작동 중에 일정한 진동수를 가지는 진동을 발생합니다. 진동의 관점에서 보았을 때 기계 구조물의 주요 설계 목표는 엔진 또는 모터가 바닥을 흔드는 전달력을 줄이거나 구조물의 중요 부품의 진동 변위를 줄이는 것입니다. 진동을 줄이는 방법에는 진동 절연, 감쇠 또는 동흡진기를 사용하는 방식이 있습니다.
동흡진기는 구조물에 질량체를 추가하여 시스템의 특성을 바꾸는 장치입니다. 이런 동흡진기의 실재적인 효과는 목적 구조물이 떨리던 것을 동흡진기가 대신 떨어주는 것입니다. 그래서 목적 구조물의 진동의 크기가 현저히 작아지므로 동흡진기를 진동 중성화 장치(vibration neutralizer)라고도 합니다.
그림 1는 동흡진기가 부착된 구조물의 개념도이고 진동에 대한 운동방정식은 다음과 같이 구할 수 있습니다. 질량이 인 기존의 구조물이 강성 을 통해 지면과 연결되어 있을 때, 강성 와 질량 로 구성되는 동흡진기를 부착하면 2 자유도 진동계가 됩니다.
이 진동계에서 구조물의 응답과 동흡진기의 주파수별 조화 가진에 대한 변위 응답은 각각 과 로 표현됩니다.
[그림 1] 동흡진기
동흡진기의 질량을 구조물의 질량과 비율로 표현하면 해당 질량비에서의 무차원화된 진동 응답을 얻을 수 있습니다. 만약 동흡진기의 질량이 목적 구조물의 5%이고 동흡진기 단품의 고유진동수가 목적 구조물의 고유진동수와 같은 경우에는 그림 2와 같이 표현됩니다.
그림2에서는 동흡진기가 부착된 구조물의 응답은 기존의 고유진동수에서 최소가 되고 새로운 공진주파수 2개가 나타났습니다.
[그림 2] 동흡진기의 효과
2-2. 감쇠 동흡진기
감쇠 동흡진기는 비감쇠 동흡진기와 같이 질량 와 강성 로 구성되고 여기에 감쇠 가 추가된 것입니다. 감쇠 동흡진기를 사용하면 감쇠가 포함된 2자유도 진동계를 구성하게 되며 동흡진기가 부착된 구조물에서 새롭게 나타난 공진주파수의 영향을 제거할 수 있습니다.
고정좌표계에 해당하는 배경영역과 운동좌표계에 해당하는 중첩영역이 서로 겹쳐진 상태로 해석됩니다. 이 때 배경영역은 고정되고 중첩영역은 유체력과 중력에 의해 운동합니다.바다에는 주기 1 Hz, 진폭 0.0477 m의 파도가 일고 있는데 배가 1 m/s의 속도로 항해하는 상황입니다.
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