[기계공학실험]공진주파수측정

소개글

[기계공학실험]공진주파수측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

- 목 차 -
<실험요약>
1. 실 험 목 적
2. 실 험 결 과 의 개 요

<서 론>
1. 실 험 목 적
2. 실 험 이 론

<본 론>
1. 실 험 장 치
2. 실 험 방 법
3. 실 험 시 주 의 사 항

<결 론>
1. 실 험 결 과
2. 결 론 및 고 찰
3. 참 고 문 헌

본문내용

쓰인다.
(2) Power Amplifier
전력관을 사용한 종단의 증폭기. 송신기에서는 안테나계에 전력을 공급하는 고주파 증폭기를 특히 종단 전력 증폭기라고 한다. 취급하는 주파수에 따라서 저주파 전력 증폭기와 고주파 전력 증폭기로 분류된다. 전력 증폭기는 일그러짐이 적고 높은 효율로 전력을 부하에 공급하는 것이 중요하다.
(3) Function Generator
함수발생기(Function Generator)는 낮은 레벨의 다양한 교류(정현파. 삼각파, 구형파)를 만들어 제공해주는 장비로 보통 규칙적인 파형의 주파수 계측기능도 갖고 있다. 제공되는 파형의 주파수는 아주 낮은 범위에서 높은 범위까지 가변될 수 있어서 회로시스템의 주파수 특성을 분석하는데 좋은 신호제공기가 된다. 디지털회로에서 입력파형으로 요구되는 TTL 및 CMOS 논리 신호도 제공되므로 디지털회로 분석에도 용이하다.
(4) Dynamic Amplifier
Strain gauge에 의해 들어온 신호는 매우 작기 때문에 PC로 입력되게 되면 눈으로 분별하기가 어렵다.
Dynamic Amplifier는 매우 작은 Strain gauge의 신호를 크게 증폭을 해주고 PC로 보내는 역할을 한다.
(5) Strain gauge
전기식으로 측정하는 전기식 스트레인게이지(electrical strain gauge)와 기계식으로 측정하는 기계식 스트레인게이지(mechanical strain gauge)의 2종류로 구분된다.
전기식 스트레인게이지는 구조체가 변형을 일으킬 때에 부착된 스트레인게이지의 전기적 저항이 변하여 이로부터 변형률을 측정하는 것이며, 기계식 스트레인게이지는 두 점 사이의 미소한 거리변화를 기계적으로 측정하여 구조체의 변형률을 측정하는 것이다. 이 스트레인게이지를 이용하여 구조체의 변형 상태를 정밀하게 측정할 수 있으며, 이 변형률에 의하여 응력을 알 수 있다.
2. 실험방법
① Strain gage를 부착 방법에 따라 측정하고자 하는 외팔보에 접착제를 이용해 부착한다.
② 부착한 Strain gage를 Dynamic Amp.에 연결 할 수 있게 커넥터를 제작하고 Amp.에 연결한다.
③ PC에 설치되어있는 Strain Smart 프로그램을 실행하고 연결된 Strain gage를 인식시키고 Strain gage의 물리량을 입력한다.
④ 가진기(Vibration exciter)의 진동대(table)에 외팔보를 부착하고, 가진기의 진동수를 신호발생기(sine generator)로 증가시키면서 진폭을 증폭기(power amplifier)와 PC의 Strain monitoring 프로그램을 이용하여 진폭을 일정하게 유지시키면 진동수는 가진기의 진동수와 같게 된다.
⑤ 진동수를 증가시키다가 진폭이 급격히 증가하는 공진점을 찾고 그 형상을 기록한다.
⑥ 이상의 실험을 1차, 2차, 3차 공진에 대해서 행하고 최대 진폭에 대응하는 공진진동수의 정확한 값을 구하여 외팔보의 고유진동수로 본다.
⑦ 실험으로 얻어진 각 차수의 진동수와 이론식으로 구한 각 차수의 진동수를 비교한다.
3. 실험 시 주의사항
① 신호발생기 조작 시 너무 빠른 속도로 다이얼을 돌리지 않는다. 빠르게 돌릴 시 중간의 값은 무시하고 마지막 값의 주파수만 바로 입력이 되기 때문에 정확한 실험이 힘들다.
< 결 론 >
1. 실험 결과
1.1 실험데이터
1차 진동모드 : 5.27Hz
2차 진동모드 : 35.21Hz
3차 진동모드 : 105.82Hz
1.2 계산값
실험에 필요한 물성치
E(탄성계수) : E=215GPa
(밀 도) : =7690kg/
b[m](너비) : 2.365cm
h[m](높이) : 0.65mm
L[m](길이) : 30.835cm
I[](2차모멘트) :
A[](단면적) :
이론값(Hz)
실제값(Hz)
오차율(%)
5.84
5.27
9.76
36.44
35.21
3.38
102.48
105.82
-3.26
2. 결론 및 고찰
어떤 물체든지 강한 진동을 일으키는 주파수인 공진주파수가 있다는 이론으로만 알고 있던 것을 직접 눈으로 확인 할 수 있는 실험이었다.
실험을 진행하면서 실험에 쓰인 외팔보인 자가 미미하게 떨리다가 특정주파수에서 갑자기 격렬하게 진동을 하는 현상을 볼 수 있었다.
특히 3차 진동모드에서 눈에 보이지 않는 떨림으로 높은 주파수의 소리를 내며 빠르게 진동을 하는 것을 보고 실제로 주위에 얼마나 많은 물체들이 눈에 보이지 않는 진동을 하고 있을까 하는 생각도 들었다. 또한 기계를 설계함에 있어 공진현상을 고려한 설계가 얼마나 중요한지를 알 수 있었으며, 만약 설계가 잘못 됐을 경우 일어날 수 있는 사고는 정말 끔찍할 것이라는 것을 앞서 여러 사례를 통해 알 수 있었다.
각 모드에서의 그래프를 보면 1차진동모드에서는 외팔보의 끝부분, 2차진동모드에서는 중간부분, 3차진동모드에서는 가진기에서 가장 가까운 부분의 진동이 가장 컸다는 것을 알 수 있다.
오차율이 작은 꽤 정확한 실험이었지만, 그 오차에 대한 원인을 찾아보자면 Function Generator의 조작미숙, 마찰, 스트레인게이지의 위치 및 부착시표면 상태, 재료특성오차 등이 있다.
눈과 귀를 이용하여 자의 공진주파수를 찾아야 하기 때문에 아주 정확한 값을 찾기가 쉽지 않았다.(1차모드에서 3차모드로 갈수록 이 요인에 대한 오차가 클 수 있는데 이번 실험값의 오차를 보면 3차모드로 갈수록 오차율이 작아진 것을 보면 Function Generator의 조작은 비교적 정확했다고 보여지며, 다른 요인에 의한 오차가 컸다고 볼 수 있다.)
그리고 공기의 마찰, 스트레인게이지의 부착 미숙 및 진동으로 생길 수 있는 온도상승으로 인한 스트레인게이지의 오차가 있을 수 있다. 또한 외팔보로 쓰인 자가 순수 철이 아니라 불순물이 섞여 있을 수 있어 재료특성에 대한 오차도 있을 수 있다.
이번 실험을 진행하면서 진동에 관해 좀 더 자세히 알아보고 싶은 마음이 생겼다.
3. 참고문헌
- 쉽게배우는 기계진동, 백광현 외 4명, 인터비젼
- 최신기계진동학, 이건복 외 3명 공역, 피어슨에듀케이션코리아
- http://www.radian.kr(일본KYOWA사의 스트레인게이지)

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