외팔보의 진동모드 및 공진실험

소개글

공학 실험 레포트 [ 외팔보의 진동모드 및 공진실험 ]
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본 내용은 여러 서적 및 웹 공유 자료나 전문 자료 등을 참고하여 제가 직접 수정, 작성한 내용입니다. 논문 서식을 사용하였고 실험레포트 외에 학습용으로도 사용할 수 있습니다. 후회없는 자료.

목차

Ⅰ. 서 론
1. 개요 및 실험 목적
1-1. 개요
1-2. 실험 목적

2. 이론전개 및 이론적 결과 해석
2-1. 진동수 (frequency)
2-2. 고유 진동수 (eigen frequency)
2-3. 진동 모드 (vibration mode)
2-3.1 보의 처짐 미분 방정식
2-3.2 The equation of Beam`s motion
2-3.3 Mode shapes and natural frequencies of Beam
2-4. 모드 형상 (Mode shapes) 구현

Ⅱ. 본 론
3. 실험장치 구성
3-1. 함수발생기 (function generator)
3-2. 증폭기 (amplifier)
3-3. 가진기 (exciter of shaker)

4. 실험 방법

5. 실험 시 유의사항

Ⅲ. 결 론
6. 실험결과 및 비교토의
6-1. 실험 재료(Al 60 계열)에 대한 물성치
6-2. 이론 계산 결과
6-2.1 natural frequency
6-2.2 mode shape
6-3. 실험 결과 내용
6-4. 이론값과 실험값의 비교 분석

7. 결론

8. 참고 문헌

본문내용

1-1. 개요

고유진동수란 각 물체가 가지는 고유한 진동특성을 말하는 것으로, 만일 진동계가 고유 진동수와 동일한 진동수를 가진 외력을 주기적으로 받으면 그 진폭이 무한대로(이론적으로) 증가하게 될 것이다. 이렇게 물체가 갖는 고유 진동수와 외력의 진동수가 일치하게 되어 진폭이 증가하는 현상을 공진현상이라고 하며 좋은 예로 미국의 타코마 다리의 붕괴를 들 수 있다.
타코마 다리의 붕괴와 같은 공진현상은 생활 곳곳에서 일어날 수 있으며 우리가 사용하는 여러 가지 기계들에서도 발생할 수 있다. 기계를 설계할 때 공진을 고려하지 않고 설계한다면 타코마 다리의 붕괴와 같은 일이 일어날 수도 있다. 본 실험에서는 공진현상과 관련하여 물체의 고유진동수 측정과 공진에 의한 진동 모드에 대해서 실험하고자 한다.
구조물에서 하중을 담당하는 1차원 부재의 대부분은 보이다. 그 중에서 가장 많이 사용되는 보의 형태는 외팔보이다. 항공기의 날개나 탱크의 포신 등 많은 구조물을 외팔보로 모델링할 수 있다. 하중을 받는 외팔보의 진동은 필연적이며 이 진동을 이해하고, 제어하는 작업은 진동 엔지니어의 매우 중요한 과제중의 하나이다. 본 실험에서는 외팔보의 진동특성을 실험으로 파악하고 이론적 해석결과와 비교한다. 이러한 공학실험을 통해 보의 진동특성을 파악하게 되고, 진동의 중요성, 공진의 중요성을 체험하게 된다. 실험을 실시하기 전에 먼저 보의 진동운동 방정식을 숙지함이 우선시 되며, 이론적인 보의 고유진동수 및 진동모드를 이해하여야 한다. 다음 보의 진동실험을 수행하게 되는 실험장치의 구성과 실험방법을 습득 한 후 실험을 실시한다. 실험을 수행한 후에는 이론적 결과와 실험결과를 비교, 공진현상에 대하여 논하고 진동과 공진현상에 대한 완벽한 이해와 습득이 본 실험의 목표이다.

1-2. 실험 목적

외팔보는 항공기 날개, 로봇 팔, 우주 구조물 등과 같은 많은 시스템의 기본이 되는 구조물이다. 이러한 외팔보의 진동실험을 통하여 진동현상(고유진동수 및 진동모드)에 대한 이해와 실험 모드해석 개념을 습득하고 이론적 진동해석 결과와 비교 분석하는 것을 목적으로 한다. 또한 특정주파수(고유진동수)에서의 공진현상을 관찰함으로써 진동저감 기술의 개념을 정립하고자 한다.

참고 자료

(1) James M.Gere, Mechanics of Materials : 6th, Thomson Learning, 2007.
(2) Inman Daniel J, (최신) 기계 진동학 : Pearson education korea, 2009.
(3) 이종원, 박보용, 기계진동학 총정리 : 청문각 (p.175∼205)
(4) Chapra and Canate , Numerical Methods for Engineers : 5th ed, McGraw-Hill.
(5) 구영필, Introduction to MATLAB For Engineers : 인터비젼, 2008.
(6) 응용 공학 실험 : 한국 항공대학교 출판부
(7) 위키 백과 : http://www.wikipedia.org/
(8) Matweb : http://www.matweb.com/