진동결과보고서

목차

< 등가 시스템 구성 실험 >

1. Abstract
2. 실험 과정 및 주의 사항
3. 실험 데이터 및 결과 분석
4. Discussion
(1) 주파수 응답 곡선을 통한 고유 진동수의 결정
< 각각의 beam에 대한 고유 진동수 >
(2) 등가 시스템의 구성
(3) 흡진기의 선정
(4) 흡진기를 설치한 후의 주파수 응답함수
5. References



< 흡진기 성능 실험 >

1. 실험 목적
2. 실험 과정
3. Data & Result ( The answer about questions )
4. Discussion
5. Reference

본문내용

는 어려우며 약간에 오차를 염두해 두어야한다. 또한 실제로 구하는 값의 유효숫자를 적절히 맞추지 않고 실험을 수행하였기 때문에 이 과정에서 비롯되는 오차들도 고려해야 한다.
실험 장치 면에서, 구조물의 흔들림이 없어야 하나 실제로 실험에 쓰인 구조물은 상황에 따라 원하지 않는 방향으로 움직일 수 있다. 오직 빔의 진동으로 에너지가 소모 되어야하는 이상적인 가정과는 약간의 거리가 있는 것이다. 그리고 가속도계의 질량도 실험 결과에 영향을 미칠 수 있다. 가정 상, 가속도계의 질량은 존재하지 않는 값인데 비해 실험에서 쓰인 가속도계는 어느 정도 질량을 가지고 있었다. 이와 관련하여 실험에 쓰는 구조물의 질량에 비해 가속도계의 질량이 거의 영향을 주지 않기 위해서는 구조물에 비해 가속도계의 질량이 작을수록 좋을 것이라 생각했다. 부수적으로 가속도계가 신호처리를 위해 와이어에 연결이 되어 있었고, 와이어는 테이프로 빔에 직접 부착하였는데, 일단 빔에 와이어가 연결되기 때문에 와이어도 진동에 관여하게 된다. 따라서 무선으로 신호를 보낼 수 있는 방식을 취하면 어떨까하는 생각도 해 보았다. 마지막으로 흡진기의 질량을 구성하는데 있어 쓰인 저울이 소수점 첫째 자리까지로 측정 범위가 제한되어 있었고, 질량을 구성하는 요소가 정량화 되어 있지 않아 정확한 부가 질량을 얻는 데는 어려움이 있었다. 다소 부정확한 부가 질량을 추가함으로써 시스템에 맞는 완벽한 흡진기를 구성하지 못했고 이로 인해 실험 결과가 예상했던 것과는 차이가 났다고 생각된다.
4. Discussion
인간이 이용하는 기계나 구조물 등은 모두 크거나 작게 진동 현상을 발생시키므로 이런 것들을 설계할 때 진동을 줄이는 것은 피할 수 없는 과제이다.
이번 실험을 통해 어떤 구조물을 등가의 진동 시스템으로 모델링하고, 이에 맞는 흡진기를 구성하여 실제 적용시켜봄으로써 흡진기에 대해 예상 값과 실제 성능을 비교해 보았다.
이번 실험은 가정하는 내용과 실제 실험에서 얻은 데이터가 밀접한 관계를 맺고 있어 실험 과정 자체에 대한 논의가 필요하였다. 구조물을 등가 시스템으로 모델링하는 과정에서, 구조물의 고유 주파수를 실험을 통해 얻고, 이 실험치를 이론에 근거하여 흡진기를 설계하였고, 이를 바탕으로 실제 실험을 통해 흡진기의 성능을 살펴보았다. 결국 이론에 근거하여 최종 실험결과만을 뽑아내거나 최적화된 실험장치에서 단순히 실험 결과만을 뽑아 비교하는, 지금까지 해온 방식과는 달리 실험으로 얻은 값을 바탕으로 이론에 근거하여 다시 실험을 통해 확인하는 방식이었다. 따라서 이론에 근접한 가정이 중요한 변수로 작용하였으며, 이에 맞게 과제 내용 안에 적절한 질문이 포함되어 있었다. 앞에서 살펴본 주파수 계산 방법, 가속도계의 질량 효과나 구조물의 진동과 같은 논의가 이에 해당한다.
그리고 이번 실험처럼 피드백 방식을 취하는 경우, 실험값이 보다 이론을 만족하기 위해서는 실험 장치의 보다 정교한 고안이 필요하다고 생각한다. 가속도계의 질량을 줄여 나간다든지, 와이어에 의한 간섭을 막기 위해 무선으로 신호를 보내도록 한다든지, 실험 구조물의 보다 큰 안정성을 유지하는 것이 중요하다. 실제로 실험 시간에 움직이다가 와이어를 살짝 건드려서 실험을 다시 수행한 경우도 있었다. 또 가속도계의 무게도 무시할 수 없을 뿐만 아니라 빔에 가속도계를 고정시키기 위해 쓰이는 접착제의 두께도 여러 조의 실험이 겹치다 보니 매우 두꺼워져 실험 오차를 내는 한 요인이 됐을 것으로 추정된다.
이번 실험은 흡진기 성능에 관한 실험과 이에 관련된 자료 조사로 흡진기의 의미에 대해 생각해 볼 수 있는 계기가 되었다. 기계 역학 시간에 배웠던 흡진기에 대해서 실험도 해보고 그것의 성능을 직접 관찰해 보니 매우 새로웠다. 흡진기를 설치했을 때 시스템 자체는 공진 주파수에서 공진이 일어나지 않지만 흡진기를 포함한 구조물에 에너지를 가해 주면 가해준 에너지를 결국은 흡진기가 받아서 흡진기 자체가 진동을 하게 된다는 것도 새롭게 알게 된 사실이다. 이와 관련하여 흡진기의 진동은 흡진기 자체의 질량과 관계하며, 흡진기의 질량이 작을수록 주어진 에너지를 소진시키기 위해 흡진기가 더 많은 진동을 하게 됨을 실험 과정에서 관찰할 수 있었다. 흡진기의 질량이 작게 되면 흡진기 자체의 진동이 커지게 되고, 또 흡진기의 질량이 크게 되면 구조물 자체의 질량이 커지게 되어 문제가 되므로 실제 흡진기의 설계시에는 아마도 적절한 수준의 질량으로 절충해야 할 것이다.
또 어떤 구조물에 공진을 막기 위해 적절한 흡진기를 설치하는 것이 중요하다는 것 이외에, 설계 단계에서 진동에 의한 효과를 반영하여 진동으로 인한 피해를 줄이는 것 또한 중요하다는 것을 알 수 있었다. 실제로 우리가 자주 이용하는 자동차나 지하철 등을 설계할 때 그 자체의 진동을 줄이는 것은 차체에 무리를 주지 않기 위해서이기도 하지만 더욱 중요한 것은 거기에 타고 있는 사람들의 피로도나 안정성이기 때문에 그런 구조물을 설계할 때 진동에 따른 흡진을 고려하지 않을 수 없다. 또 흡진기를 별도로 부착하는 일이 시스템의 질량을 증가시키고, 구조를 복잡하게 하며, 에너지 효율을 낮추는 등 시스템에 여러 가지 좋지 않은 변화를 준다는 점은 적절한 흡진기 설계의 중요성을 뒷받침해주는 부분이다. 그리고 현실적으로 가진력이라는 것이 항상 예상되는 범위 안에서 일어나는 것이 아니라는 점을 감안할 때, 흡진기를 부착하여 공진 주파수가 하나 더 늘어난다는 것은 매우 불리한 조건이라는 점도 알게 되었다. 결국 시스템 전체를 놓고 볼 때, 흡진기는 적절히 쓰면 좋으며, 안 쓸 수 있으면 더욱 좋다고 생각한다.
이번 실험을 통해 기계 장치와 관련된 진동 현상, 그리고 흡진기의 설계와 관련된 이론을 몸소 체험할 수 있었다. 부가 질량과 관련하여 좀 더 실험 장치가 치밀하다면 보다 완벽한 실험이 될 수 있을 것이다.
5. Reference
참고 도서
『 기계진동학 』, 이장무, 문운당, 2002
「 기계항공공학실험1 실험메뉴얼 」
참고 사이트
http://www.amds.co.kr
http://my.dreamwiz.com/rotor/vib1.html

키워드

진동,   흡진기,   기계항공실험