자려진동 (수학으로 판단하기 곤란한 진동)
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진동의 4요소(힘, 강성, 질량, 감쇠) 중에서 원천적인 원인인 가진력(힘)은 임의적(기계적, 전기적)일 수도 또는 자연적일 수도 있기 때문에 대체로 조화가진력(harmonic)과 일시적이고 과도적인(Transient) 것 이렇게 두 가지로 구분한다. 그런데 뚜렷한 가진력이 없이 진동이 발생하여 유지되는 경우가 자연현상에서 큰 문제가 되기도 하는데 이럴 때 원인으로 자주 거론되는 용어로 ‘자려진동’이라는 것이 있다. 이 자려진동도 가진력이므로 대상의 고유주파수와 일치하면 엄청난 진동(공진)으로 기인한 파괴를 유발할 수 있다.
자려진동(Self-excited vibration)
위에서 언급했듯이 일반적인 진동은 외부로부터 가진 원인이 있어서 진동하게 되지만 때때로 외부의 직접적인 가진이 없어도, 또는 가진 원인이 불분명한 상태에서 스스로 발생하여 지속되는 진동을 확인할 수 있다. 자세히 살펴보면 주로 유체와 고체의 상호마찰에 의해 발생한다는 것을 알게 되는데 예를 들어 브레이크 스킬소음, 마찰기인 진동, 기어 화인진동(기어의 물림률변화), 그네운동, 전선의 galloping , 고속전철의 팬터그래프와 가선의 이선현상, 바이올린, 비행기의 운행 중 날개의 상하진동인 유체기인 Flutter, 무게 중심변화에 의한 그네의 운동, 유체기계 또는 파이프 내의 불규칙적인 유체(액체, 기체)의 요동으로 유체에 의해 발생하는 대부분의 진동 등이 진동, 소음의 대표적인 예이다.
이와 같은 현상은 수학적해석이 용이한 선형(linear)이 아닌 비선형(Non-linear)에 속하는 것으로 원인은 대부분 ‘마찰’과 ‘유체운동’에 기인한 강성과 감쇠, 때로는 질량의 변화가 되어 발생한다. 일반적인 강제진동상태에서는 선형적으로 분석을 한다고 가정하면, 진동은 ‘관성력’, ‘감쇠력’, ‘탄성력’의 함수인 운동방정식으로 표현되는데, 이 세 가지의 힘 중에서 어느 한 개라도 시간의 함수가 포함이 되거나 (매개변수 가진진동; parametric), 또는 감쇠력이 음의 함수(운동할수록 외부의 에너지를 흡입하는)인 경우이다. 이 용어는 기계적인 회전진동원의 지속적인 제공에 의한 조화진동인 회전기계 ‘원심가진력’과 실험 또는 충격이나 일시적인 진동소음의 제공 원인인 ‘과도진동, 충격진동’ 등에 대응하는 용어로서 제3의 진동, 소음원인이라고 할 수 있으며 조화, 과도, 충격진동에 비해 해석이 용이하지 않을 뿐만 아니라 . ‘스스로 발생한다’하여 자려진동이라 하므로 대책도 매우 난해하여 관련 엔지니어링의 가장 당면한 어려운 숙제라고 할 수 있다
키워드
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공진, Resonance, 가진력, 자려진동, Self excited vibration
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