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《振動噪音科普專欄》「共振」現象之觀察

「共振」現象之觀察

前文提到結構【共振】:當結構受外力作用時,此外力的「激振頻率」,與結構的「自然頻率」相等或相近時,會使得結構有「振動大」的現象,稱為「共振」。

本文透過輔助的影片,說明共振的現象。以教學用的手提式振動試驗機展示範例,影片中黑色圓型底座是激振器,上方以垂直柱夾持簧片。以單一頻率的簡諧波驅動激振器,此基座激振的頻率,就相當於此系統的外力「激振頻率」,當此外力「激振頻率」與結構的「自然頻率」相等時,該結構就會有大的振動,這就是「共振」的現象。

影片中上半部金黃色簧片,A1A2長,所以,A1的第一個自然頻率56 HzA2108 Hz小;下半部紅色簧片,B1B2寬度較小,所以與A1A2相比,B1B2的第一個自然頻率分別為91 Hz211 Hz都較大。不同的結構尺寸,會有不同的結構自然頻率。

四個案例的左側圖示,為應用ANSYS有限元素分析軟體,進行理論模態分析(theoretical modalanalysis) 所得到的第一個自然頻率(natural frequency)對應之模態振型(mode shape)動畫,可以看出與實體結構的振動模式相同。

影片中係採用金頓科技公司之手提式振動試驗機,所製作的振動模態展示影片,也有應用ANSYS軟體理論分析的模態振型動畫的同步展示。影片中的實體簧片結構共振現象的拍攝,採用了閃頻儀(stroscope),以接近於激振頻率的速度閃爍光源,所以在視覺上,就可以明顯觀察到簧片的上下振動狀態,事實上,如影片中的56Hz211Hz的激振頻率,簧片來回振動的速度,肉眼是無法分辨的。

希望本文對結構「共振」現象之觀察與說明,對您有幫助!


以上個人看法,請多指教!
王栢村

2017.06.05