vibration
الاهتزازات الميكانيكية
vibration
عبارة عنالتذبذبات الميكانيكية حول نقطة توازن. وهذه التذبذبات قد تكون دورية كحركة البندولأو تكون عشوائية، مثل اهتزاز الإطارات في طريق وعر. الاهتزازات أحيانا تكون "مرغوبافيها". وعلى سبيل المثال حركة الشوكة الرنانة، ومكبر الصوت الذي يضاعف اهتزازاتالصوت والاهتزازات اللازمة لتصحيح أداء الأجهزة المختلفة. وفي أكثر الأحيان تكونالاهتزازات غير مرغوب فيها، فقد تكون إهدارا للطاقة ومسببة للضوضاء. على سبيلالمثال، الذبذبات الصادرة عن المحركات، والمولدات الكهربائية، أو أي أداة ميكانيكيةغالبا ما تكون غير مرغوبا بها. وكذلك الاهتزازات الناجمة عن الاختلال في حركةالأجزاء الدورانية، وحتى الاحتكاك، وأثناء تشابك أسنان التروس، وما إلى ذلك. التصاميم الاحترافية تأخذ في الاعتبار تقليل الاهتزازات قدر المستطاع. ومن الضروريالقول بأن هنالك ارتباطا وثيقا بين دراسة الصوت ودراسة الاهتزازات. فالصوت عبارة عن "موجات ضغط" يتم إنشاؤها بواسطة أجسام اهتزازية (مثل الحبال الصوتية)، وأيضا يمكنلهذه الموجات هز أجسام كطبلة الأذن. وبالتالي، غالبا ما يكون حل مشاكل الضجيجمرتبطا بمحاولة التقليل من الاهتزازات المسببة له.
أنواع الاهتزاز
:
الاهتزاز الحر :يحدث عندماينطلقالنظام الميكانيكي بسبب حركةأولية، ثم سمحت له الذبذبة بحرية. ومن الأمثلة علىهذاالنوع من الاهتزازعندمايتم سحب الطفل على أرجوحة ومن ثم السماح له بالذهاب، أوضرب شوكة رنانة والسماح لها بالرنين. عندها سوف يهتز النظام الميكانيكي في واحد أوأكثر من "الترددات الطبيعية" ومن ثم يعود إلى الصفر. الاهتزاز القسري: هو عندماتؤثر قوة متناوبة أو حركة على نظام ميكانيكي. الأمثلة على هذا النوع من الاهتزازتشمل اهتزاز غسالة الملابس بسبب فقدان التوازن، والاهتزاز في وسائل النقل (الذييسببه محرك الشاحنة، والنوابض، والطرق، الخ)، أو اهتزاز المبنى أثناء وقوع زلزال. في الاهتزاز القسري: ترددالاهتزاز هو ترددالقوةأوالحركةالمؤثرة، مع ترتيبالمقدارالذي يعتمدعلى النظام الميكانيكي الفعلي.

اختبارات الاهتزازاتالميكانيكية
اختبار الاهتزازات الميكانيكية يتم من خلال ادخال قوى على هيكلما، وعادة ما يكون عن طريق استخدام مسببات الهزات مثل الشوكة الرنانة، وذلك بأننقوم بالتناوب بالصاق الجهاز الذي نريد اجراء الاختبار عليه بطاولة الرنانة نفسها. نستخدم الرنانة الالكتروهيدروليكية لنقلل قوى التردد نسبيا، بينما نستخدم الرنانةالالكتروديناميكية لتزويد قوى التردد. وعادة ما تقوم نقطة أو اكثر بالحفاظ علىمستوى الاهتزازات التي وصلت اليه، وهناك نقاط اختبار تصل إلى اعى مستوى اهتزازاتوتسمى (resonance)، وأخرى تكون فيها أقل مستوى اهتزازات وتسمى (anti-resonance).
هناك نوعين نموذجيين من اختبارات الاهتزازات الميكانيكية وهيالاختبار العشوائي والاختبار المنتظم (sine). 1-المنتظم (sine) : يكون في الوقتالواحد تردد واحد، في هذا الاختبار ننظر إلى ردة فعل هيكل الجهاز الموضوع تحتالاختبار. 2-العشوائي : يكون في الوقت الواحد اكثر من تردد وهذا الموجود في الواقع. معظم اختبارات الاهتزازات الميكانيكية تنحصر في اختبار الجهاز في محور واحد فقط فيالوقت الواحد رغم أنه في الواقع الاهتزازات تحدث في محاور مختلفة في الوقتالواحد.
تحليل الإهتزاز
يمكن فهم تحليل الإهتزازات من خلال دراسةنموذج بسيط للزنبرك. في الواقع حتى الأشكال المعقدة كالسيارات يمكن تمثيلهابالزنبرك البسيط. الزنبرك هو مثال للحركة التوافقية البسيطة. وباستخدام الرياضياتيمكن وصفها ودراستها مقارنة بنماذج أخرى للحركة التوافقية البسيطة. ملاحظة : في هذهالمقالة لن يتم تضمين الاشتقاقات الرياضية خطوة بخطوة، ولكن سوف نركز على المعادلاتوالمفاهيم الرئيسية في تحليل الاهتزاز. يرجى الرجوع إلى المراجع في نهاية المقاللتفاصيل الإشتقاق. الإهتزاز الحر دون تثبيط:
لبدء الدراسة في الزنبرك البسيطسنفترض عدم وجود مثبط ونهمله، وأنه لا يوجد أي قوة خارجية تطبق على الكتلة (أياهتزاز حر). القوة المطبقة على الكتلة تتناسب مع مقدار استطالة الزنبرك “x” (سنفترضأن الزنبرك تحت الضغط بسبب الكتلة عليه). ثابت التناسب k هو معامل الصلابة للزنبرك. Fs = - k*x
والقوة التي تولدها الكتلة تتناسب مع تسارع الكتلة كما هو موضح فيقانون نيوتن الثاني:
وبجمع القوى على الكتلة نتوصل للمعادلة التفاضليةالتالية:
لو افترضنا أن نبدأ في هذا النظام ليهتز عن طريق سحب الزنبرك مسافة A ثم تركه يذهب، فإن الحل للمعادلة السابقة والتي تصف حركة الزنبركهو:

الاهتزازات الميكاميكه مع التخميد

الآن سوف نضيف "لزوجة" المثبط للنموذج والنواتج القوة التي تتناسب مع سرعةالشامل. والتخميد يسمى لزج لأنهانماذج من آثار كائن ضمن السوائل. وثابت التناسب c يسمى معامل التخميد، ووحداته منالقوة والسرعة(lbf s/ in or N s/m)..
عن طريق جمع القوات على الشامل نحصل علىالمعادلة التفاضلية العادية التالية :
الحل لهذه المعادلة تعتمد على كميةالتخميد. إذا التخميد كان صغير بما يكفي النظام سوف يبقى يهتز، ولكن في نهايةالمطاف، مع مرور الوقت، سوف تتوقف الاهتزازات. هذه الحالة تسمى underdamping—هذهالحالة هي الأكثر أهمية في تحليل الاهتزاز. إذا قمنا بزيادة التخميد فقط إلى النقطةالتي لم يعد النظام يهتز وصلنا إلى نقطة حرجة من التخميد (إذا كان التخميدزادسابقاً للنقطه الحرجة للتخميد فان النظام يسمى overdamped). القيمة التخميدالثابته تحتاج معامل للوصول لتخميد حاسما في الشامل المثبط والنموذج هو :
لتوصيفقيمة التخميد في نظام النسبة يدعى نسبة التخميد (المعروف أيضا باسم عامل التخميد و٪الحرجة للتخميد)المستخدمه. هذه النسبة للتخميد هي مجرد نسبة التخميد الفعلية علىقيمة التخميد المطلوب الوصول اليها. صيغة نسبة التخميد (ζ) من كتلة المثبط النموذجهو :