3.3 감쇠와 속도

Damping and Velocity

 

감쇠는 시스템의 진동 속도를 줄이는 성향이라 할 수 있다. 예를 들면 종과 같은 물체가 타격을 받으면 진동을 일으키는데 그 충격력은 강성 및 질량이 본래부터 가지고 있는 힘을 이겨내지만 궁극적으로 진동은 그림 3-12와 같이 소멸된다. 감쇠가 클 수록 진동은 보다 빨리 소멸하게 된다.

감쇠는 시스템 내의 에너지를 방산하는 역할을 하며, 에너지는 질량×속도의 자승과 같기 때문에 감쇠는 속도에 비례하는 함수이다. 감쇠는 "C"로 나타내며 단위는 ㎏-sec/㎝이다.

전형적인 시스템에서 감쇠의 일반적인 근원으로 점성감쇠(Viscous Damping)와 Coulomb 감쇠가 있다. 점성감쇠는 유체(액체 또는 가스)내에서 물체의 진동 발산이다. 점성감쇠의 예로는 자동차의 Oil 또는 Gas 충격 흡수 장치(Shock Absorber)로써 여기서 Orifice를 통하는 유체의 이동을 제어하므로써 감쇠가 이루어진다. Sleeve Type(수력학적) 베어링의 유막도 점성 감쇠를 가진다.

Coulomb 감쇠는 2개의 건조한 미끄럼 표면의 마찰로부터 진동 에너지의 발산이다. 이 형태의 감쇠를 마찰감쇠 또는 Hysteresis 감쇠라고도 한다. 타격을 받은 종의 경우에 종의 재질 분자간에 발생한 마찰은 궁극적으로 진동이 소멸하는데 필요한 감쇠를 준 것이다. 분자간의 마찰을 통해서 발생한 감쇠의 정도는 분자 구조의 재질과 복잡성에 달려 있다. 예를 들면 주철은 강보다는 보다 효과적인 감쇠를 가지고 있다. 이런 이유로 진동 제어가 극히 필요한 공작 기계의 틀 제작에 있어 강보다는 주철이 일반적으로 선정된다. 초기에 자동차에 사용한 진동흡수 장치는 Coulomb 감쇠를 사용하였는데 조정할 수 있는 볼트 또는 스프링을 장착한 2개의 Absorber Pad로 구성되어 있다. 자동차의 Frame에 대하여 현수장치의 진동이나 이동이 있으면 Pad가 Rubbing하여 감쇠에 필요한 마찰을 일으킨다.

그림 3-12 충격에 의해 가진된 진동이 감쇠로 인해 소멸한다.

감쇠는 진동 속도에 비례하는 에너지의 발산이기 때문에 감쇠는 진동주파수에 직접 비례하는 진동 시스템에서 증가한다.

 

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