붿�산대학껓 기계공학붿� 기계공학응용실험 A+보고서(6. 기초진동실험)-2021년 2학기

1. 실험목적
본 실험의 목적은 1 자유도 강체 보 진동계의 자유진동, 강제진동 실험을 통해 진동의 실험해석과 관련된 실험 기법, 개념을 습득하는 것이다.

2. 실험내용 및 이론
(1) 실험내용
본 실험에서는 보왿� 스프링, 점성 감쇠기로 구성된 1 자유도 진동구조물의 자유 진동과 강제 진동의 특성을 실험으로 측정하고 분석한다.
자유 진동 실험에서는 강체 보에 초기 처짐 변위를 부과하여 자유 진동 응답을 발생시켜서 진동 주기왿� 진동 파형을 측정한다. 강제 진동 실험에서는 보에 설치된 가진 모터를 작동하여 불평형 관성력에 의한 조화 가진력을 발생시켜 진동계를 가진시키고, 그에 따른 조화 가진 응답을 측정, 분석한다.
자유 진동 실험에서는 고유 진동수왿� 감쇠 비를 구하고 직접 측정한 데이터로부터 미지의 진동계 파라미터, 즉 질량 관성모멘트, 스프링 상수, 감쇠 값을 구한다. 그리고 강제 진동 실험에서는 동확대율(magnification factor) 및 위상각(phase)을 측정하고, 이로부터 고유 진동수왿� 감쇠 비를 구한다.

(2) 이론적 배경
실험 대상 진동계는 비교적 간단한 구조의 1 자유도 회전 진동계로 운동방정식을 정식화해서 이론적으로 진동 특성을 해석할 수 있다.
운동방정식 정식화에서 강체 보의 회전 지지부에서의 회전마찰은 무시하고, 보를 지지하고 있는 코일 스프링과 대시 포트(dash pot) 감쇠기는 선형성을 가지는 것으로 가정한다. 회전 지지점을 A로 하면, A점에 대한 회전운동방정식은 (8.1)가 된다.
이 식에서 이고, M은 강체봉의 질량, C는 감쇠기의 감쇠 상수, K는 스프링의 스프링 상수, m은 불 평형 질량(불 평형 원판의 구멍부분에 해당하는 질량; 불 평형 원판 2장), 는 가진 모터의 1초당 회전수를 2로 나눈 값, 는 불 평형 질량의 편심거리(불 평형 원판의 구멍까지의 반지름), 은 가진 모터의 부착 거리를 나타낸다. 또한, 는 가진 모터의 불 평형 질량 가진력, 이 회전 중심점 A에 대해 만들어 내는 모멘트의 진폭이다.

➀ 자유 진동
자유 진동은 가진 모터를 정지 상태에서 강체 보에 초기 각 변위 왿� 초기 각 속도 가 주어질 때 발생하는 진동계의 관성, 강성, 그리고 감쇠 값에 의해서 결정되는 고유진동 현상이다. 모터가 정지 상태이므로 식 (8.1)에서 이 되어, 자유 진동 운동방정식은 (8.2)이 된다.