가진과 감쇠
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현실 속 자연계에서 진동을 지속성으로 설명한다면 두 가지 종류가 있다. 진동이 한 번 발생하는 것과 계속 발생되는 것이다. 진동이 한 번만 발생한다는 것은 해머를 치는 것 등으로 표현할 수 있고 결국 이 진동은 어떠한? 힘으로 소멸된다. 반면에 공장에서 가동하고 있는 기계설비의 진동은 사실 대부분 ‘계속 발생되는 것’인데 이 진동은 줄지 않고 계속 지속된다. 너무나 당연한 설명이지만 여기에 중요한 사실이 있다. 즉, 힘-가진력(Exciting force)을 계속 가하지 않으면 진동은 ‘감쇠(Damped)’하여 소멸된다는 것이다.
가진(Exciting)과 감쇠(Damping)
진동을 일으키도록 작용하는 외력을 가진력이라 하고 갑작스런 일시적인 가진을 ‘과도(Transient)’라 하며 이 것은 망치로 내리칠 때나 폭발, 프레스 진동과 같은 파형이 갑작스럽고 뾰족한 Impact pulse의 형태를 가진다. 반면에 지속적인 가진은 모터나 터빈을 통해서 발생하는 원심력에 의한 회전운동일 경우가 많은데 ‘연속(Continuous)’이라 하여 Rotating과 Rectilinear(직선운동)과 통한다. 다시 말하지만 이러한 가진으로 계속 똑 같은 진동이 발생하고 줄지 않는다. 아무튼 가진을 하지 않으면 진동이 발생하지 않으며 또 한 번만 가진을 한다면 진동이 지속되지도 않는다. 그 이유는 이상계와 달리 자연계에는 감쇠(Damping)라는 것이 존재하여 진동을 줄이게 하기 때문이다.
감쇠의 단위는 속도(v)에 대한 저항성(F)을 의미하므로 [Ns/m]를 사용한다. 그리고 다음의 세가지 종류로 메커니즘을 구분할 수 있는데 유체의 점성에 의한 감쇠(Viscous), 고체와 고체의 면사이의 마찰에 의한 마찰감쇠(Coulomb), 그리고 고체의 내부변형시 내부조직의 마찰이나 히스테리시스력(재료)에 의한 이력감쇠(Hysteretic)가 있다. 각 감쇠의 수식표현과 등가감쇠계수 등에 관한 자세한 내용은 감쇠에 관한 추가자료를 참조하기 바란다.
자연현상에서 감쇠는 항상 존재하지만 이상적인 운동으로 생략하여 질량과 강성만으로도 진동을 설명할 수도 있다. 그리고 가진력도 수학적으로 생략하여 자유진동(Free vibration)으로 표현할 수 있다. 그런데 만약 가진이 없으면 실제로 아무런 현상도 발생하지 않을 것이고, 따라서 감쇠가 없다면 지구는 지금 당장이라도 곧 파괴되지 않을까?
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