Mode shape rung động - Phân tích tần số dao động riêng

1. Mode shape là gì?

Mời mọi người xem video sau đây

Đây là 1 tấm kim loại mỏng , được kích thích rung động tại tâm đĩa. Rung động có tần số tăng dần theo thời gian hay còn gọi là sóng Sweep.

Rắc cát ngẫu nhiên hoặc bột mịn lên đĩa, sẽ xuất hiện các vân rất đẹp mắt.

Giải thích hiện tượng

Vì đĩa được gắn trên máy tạo rung động tại tâm đĩa, có tần số tăng dần theo thời gian hay sóng Sweep .Như vậy ta có thể coi tại tâm đĩa có 1 nguồn sóng.

Sóng Sweep

Sóng được truyền đến các mép tấm , tại vị trí này xuất hiện các sóng phản xạ. Khi sóng tới và sóng phản xạ gặp nhau, sóng dừng xuất hiện trên đĩa hay nói cách khác hiện tượng cộng hưởng xảy ra. Hiện tượng sóng dừng ở đây phức tạp hơn hiện tượng sóng dừng trên dây ( Sóng trên dây là sóng 1 chiều).

Hình ảnh sóng dừng trên dây 2 đầu bị cố định

Như vậy, khi sóng dừng xuất hiện ( hay cộng hưởng ) tại vị trí các bụng sóng rung động mạnh nhất, tại các nốt sóng không rung động ( dừng) cát bị tập trung lại, hình thành lên các vân cát trên đĩa.

Quay lại về lý thuyết sóng, khái niệm về bước sóng

Bước sóng tỷ lệ nghịch với tần số, tần số càng cao, bước sóng càng ngắn. Vì vậy khi xảy ra cộng hưởng ở tần số càng cao, các vân cát được hình thành càng phức tạp và đẹp mắt hơn.

Nếu cứ tăng tần số của rung động kích thích lên đĩa, chúng ta có thể quan sát được rất nhiều hình dạng vân cát khác nhau mỗi khi xảy ra cộng hưởng. Hay nói cách khác, mỗi dạng vân cát được hình thành trên đĩa là một dao động riêng của đĩa (Mode Shape).

Sử dụng Femap with NX Nastran để phân tích các mode shape của tấm đĩa mỏng kích thước 400x400 dày 2mm làm bằng nhôm.

Kết quả một số dao động riêng của tấm đĩa mỏng

  • Mode 6 : Tần số riêng :2.31 Hz

  • Mode 9 : Tần số riêng :5.41Hz

  • Mode 12 : Tần số riêng 7.82 Hz

  • Mode 17 : Tần số riêng 13.38 Hz

  • Mode 25 : Tần số riêng 22.63 Hz

2. Tại sao cần phân tích mode shape?

Phân tích mode shape ( Modal analysis)  là một lĩnh vực chuyên đo và phân tích đáp ứng động lực học của một chi tiết máy, kết cấu, hoặc chất lỏng trong suốt quá trình rung động.

Nhờ phân tích mode shape chúng ta có thể dự đoán được  tần số cộng hưởng của chi tiết máy, kết cấu, và kiểu rung động. Ứng dụng phân tích mode shape giúp các công ty chế tạo oto có thể chế tạo ra những chiếc xe có cảm giác dễ chịu khi lái, ít rung động, độ bền cao, giúp các công ty xây dựng thiết kế được những tòa nhà, công trình giao thông an toàn, có độ bền cao. 

Vào tháng 7 năm 1940, cầu Tacoma Narrow bị tác động bởi cơn gió có tần số đúng bằng tần số tự nhiên của chiếc cầu đã làm chiếc cầu lắc lư mạnh trong nhiều giờ đồng hồ và cuối cùng là chiếc cầu đã bị sập.

Pages:
Edit