Akademia Górniczo-Hutnicza
im. Stanisława Staszica w Krakowie
WYDZIAŁ INŻYNIERII MECHANICZNEJ I ROBOTYKI
WIBROAKUSTYKA
Temat: Drgania i fale w układach sprężystych
Wykonał:
Rok , Grupa
Rok akademicki: 2010/11
Procesy wibroakustyczne to na ogół zjawiska dynamiczne, mechanoakustyczne jakie występują w różnych mechanizmach, urządzeniach bądź konstrukcjach. Zjawiska te to drgania, hałas, dźwięk powietrzny i materiałowy. Zachodzą one w szerokim zakresie częstotliwości, od bardzo niskich do bardzo wysokich.
Procesy wibroakustyczne wiążą się na ogół z trzema aspektami. Pierwszy to aspekt szkodliwości dla ludzi i otoczenia naturalnego i technicznego(maszyny). Aspekt
pożytecznych zastosowań w technologii rozciąga się zaś od wibracyjnego zagęszczania
betonu do mycia i spawania ultradźwiękowego. Wreszcie aspekt informacyjny procesów
WA ujawnia się w całej pełni , w diagnostyce maszyn, gdzie dzięki ekstrakcji informacji
zawartej w procesach WA możemy orzekać o stanie dynamicznym i jakości prototypu
maszyny, o jej stanie technicznym w czasie eksploatacji, a nawet o zaawansowaniu
realizowanego przez nią procesu technologicznego. W tej pracy chciałbym się skupić głownie na szkodliwych aspektach procesów wibroakustyki i w związku z tym ograniczymy zakres częstotliwości rozpatrywanych zjawisk do obszaru
percepcji człowieka, a więc do zakresu częstotliwości od kilku herców (Hz) do kilkunastu
kiloherców (kHz). Istota zjawisk polega na ruchu oscylacyjnym lub lepiej drganiowym ośrodka; zaś jeśli wziąć pod uwagę propagację tych zjawisk, to trzeba mówić o ruchu falowym. Stąd też zapoznamy się z ruchem drganiowym i falowym w ciałach stałych i płynach (gazy i ciecze), ogólnie w ośrodkach i układach sprężystych.
Wibroakustyczne modele maszyn i urządzeń są to układy sprężyste złożone z różnych
elementów w jedną funkcjonalną całość i funkcjonujące w swym otoczeniu. Otoczenie
(powietrze, woda, grunt, duży fundament) są to na ogół modelowo nieograniczone ośrodki
sprężyste. A z kolei elementy maszynowe wytworzone są również z różnych ośrodków
sprężystych: stałych, ciekłych, gazowych, przez nałożenie na nie funkcjonalnych ograniczeń
kształtu i wymiaru. Podczas pracy maszyn część dostarczonej do nich energii jest
przetwarzana na procesy wibroakustyczne; obserwujemy więc drgania elementów maszyn i
fale w ich otoczeniu.
Aby zrozumieć istotę wibroakustycznych zjawisk falowych i drganiowych w maszynach, weźmy wpierw pod uwagę te zjawiska w ośrodkach sprężystych nieograniczonych. Naruszenie stanu równowagi mechanicznej w takich ośrodkach jak ciało stałe, ciecz, gaz jest przyczyną powstawania drgań ich cząstek. Drgania te mogą istnieć i propagować się nawet po zakończeniu działania źródła zakłóceń. Fakt ten możliwy jest dzięki własnościom sprężystym i inercyjnym, jakimi charakteryzuje się każdy ośrodek mechaniczny. Własności sprężyste ośrodka są źródłem sił zwrotnych (sprężystych) przeciwstawiających się naruszeniu stanu równowagi. Natomiast własności inercyjne są źródłem sił bezwładności, które przeciwstawiając się każdej zmianie (nawet zaprzestaniu ruchu), umożliwiają kontynuację ruchu cząstek po chwilowym uzyskaniu stanu równowagi. Stąd też ruch każdej cząstki można przedstawić jako transformację energii kinetycznej (siły bezwładności) w energię potencjalną (siły sprężyste). Ta transformacja energii mogłaby trwać nieskończenie długo po wyłączeniu źródła wymuszeń, gdyby nie siły dyssypatywne (tłumiące) istniejące w każdym realnym ośrodku. Siły te podczas drgań, aczkolwiek małe, powodują zmianę energii
mechanicznej na cieplną oraz zmianę mikrostruktury ośrodka (ruch dyslokacji, mikro- i
makro pęknięcia). Dzięki temu ruch cząsteczek ośrodka zanika wraz z upływem czasu po
wyłączeniu źródła wymuszeń.
Zakłócenie równowagi, które powstało w czasie początkowym w pewnym punkcie ośrodka dojdzie po odpowiednim czasie do każdego jego punktu. Jest to możliwe na skutek wzajemnego przekazywania energii ruchu sąsiednim cząstkom. Zjawisko to nosi nazwę ruchu falowego.
W gazach, cieczach i ciałach stałych mogą zasadniczo propagować się dwa rodzaje fal. Są to fale podłużne i poprzeczne . Zaś w ciałach stałych dodatkowo mogą się jeszcze
propagować fale powierzchniowe.
Przez falę podłużną rozumiemy propagację ciągu zagęszczeń i rozrzedzeń w ośrodku,
przy czym ruch drgający poszczególnych cząstek wokół położenia równowagi odbywa się
zgodnie z kierunkiem propagacji fali. Natomiast w fali poprzecznej drgania cząstek
odbywają się prostopadle do kierunku propagacji.
Fale propagujące się w układach sprężystych przyjęto nazywać falami dźwiękowymi. W
zakresie O < t < 16 Hz noszą one nazwę infradźwięków, 16 < f< 20000 Hz - dźwięków
słyszalnych, zaś dla f>20kHz fale te nazywamy ultradźwiękowymi . Granice tej klasyfikacji
nie są ściśle ustalone.
Fale dźwiękowe, jakie mogą propagować się w gazach i cieczach, to fale podłużne.
W układach sprężystych jednostronnie i dwustronnie ograniczonych, takich jak struny,
pręty, belki i płyty, fale rozchodzą się z różnymi prędkościami.
Istotną cechą ruchu falowego, nie omawianą dotąd, jest jego przestrzenny charakter.
ściślej mówiąc w zależno...
solobagdur