Heb je je ooit afgevraagd waarom bruggen en vliegtuigen onder bepaalde omstandigheden trillen? Inzicht in verschillende soorten trillingen, zoals resonantie, flutter en galopperen, kan deze fenomenen verklaren. Dit artikel duikt in zeven specifieke types, elk met unieke oorzaken en effecten op constructies. Je leert hoe deze trillingen van invloed zijn op technische ontwerpen en veiligheidsmaatregelen.
Wanneer een systeem wordt blootgesteld aan externe excitatie, kan de amplitude van de geforceerde trilling erg groot worden als de frequentie van de excitatie dicht bij één van de natuurlijke frequenties van het systeem ligt. Dit wordt resonantie genoemd.
Systemen hebben veel natuurlijke frequenties, maar we richten ons meestal op de frequenties in het lagere bereik.
In de natuurkunde verwijst resonantie naar het verschijnsel dat twee objecten met dezelfde trillingsfrequentie de trilling van een derde object veroorzaken wanneer een van hen trilt.
De term "resonantie" wordt ook gebruikt in de mechanica om het fenomeen te beschrijven waarbij een voorwerp geluid produceert als gevolg van trillingen op zijn resonantiefrequentie.
Als twee stemvorken met dezelfde frequentie bijvoorbeeld dicht bij elkaar worden geplaatst, zal de ene geluid produceren als hij trilt en zal de andere ook gaan trillen en geluid produceren.
Vortextrilling verwijst naar de trilling die wordt veroorzaakt door de afwisseling van vortexafwerpen na de stroming rond een vast lichaam onder invloed van gemiddelde wind.
De studie van werveltrillingen in bruggen is een vakgebied binnen de aerodynamica.
Vortex-geïnduceerde trillingen van bruggen is een type trilling dat zowel zelf opgewekte als geforceerde trillingskarakteristieken heeft, met eindige amplitudes.
Het kan de door de vortex veroorzaakte frequentie constant houden binnen een breed bereik van windsnelheden, wat resulteert in een "lock-on" fenomeen.
De berekening van de eindige amplitude van brugwervel-geïnduceerde resonantie is een cruciaal maar uitdagend probleem.
Op dit moment is er zowel in eigen land als internationaal nog geen allesomvattende theorie ontwikkeld voor de analyse van brugtrillingen.
In de praktijk wordt een combinatie van semi-theoretische en semi-experimentele methoden gebruikt om de amplitude van vortex-geïnduceerde resonantie te benaderen.
Flutter verwijst naar een zelf opgewekt trillingsverschijnsel dat veroorzaakt wordt door de interactie tussen aerodynamische krachten en de elasticiteit en traagheid van de constructie. Het is een gevolg van de koppeling tussen de stroming en de constructie.
Buffeting, aan de andere kant, verwijst naar de gedwongen reactie van een constructie op periodieke aerodynamische krachten veroorzaakt door onstabiele stromingscondities, zoals stromingsscheiding en schokgrenslaaginterferentie.
Volgens de traditionele definitie is klassieke flutter daarom een soort zelf opgewekte trilling, terwijl buffeting een soort geforceerde trilling is.
Er is ook een fenomeen dat bekend staat als overtrekflutter, dat optreedt bij hoge invalshoeken.
Sommige experts geloven dat dit type structuurtrilling, dat gekenmerkt wordt door sterke scheidingstoestanden, samengaat met flutter en buffeting.
Buffeting in vliegtuigen verwijst naar de trillingen van vliegtuigonderdelen als gevolg van de opwinding van gescheiden luchtstromen of zog, waardoor ze gaan trillen op hun natuurlijke frequentie.
Een veelvoorkomend voorbeeld van buffeting is staartvleugelbuffeting, die optreedt wanneer de staart zich in het zog van de vleugel, rompverbinding of andere onderdelen bevindt. De verstoring in het zog zorgt ervoor dat de staart sterk trilt.
Hoge invalshoeken kunnen een vliegtuig bijzonder gevoelig maken voor staartflutter, wat in het verleden de oorzaak is geweest van ernstige ongelukken.
De vleugel kan ook last krijgen van buffeting door de scheiding van zijn eigen luchtstroom. In het transonische bereik is door schokgolven veroorzaakte grenslaagscheiding een andere belangrijke oorzaak van buffeting.
Buffeting legt beperkingen op aan de beschikbare liftcoëfficiënt en het Mach-getal van het vliegtuig. Om buffeting te voorkomen wordt de aerodynamische vorm meestal gecorrigeerd en wordt de relatieve positie tussen de staart, vleugel en romp goed geregeld.
Buffeting is een willekeurige trilling, maar is regelmatig in het frequentiedomein en de hoofdpiek van het vermogensspectrum komt meestal overeen met de eerste natuurlijke frequentie.
Hoewel buffering de structuur van het vliegtuig niet onmiddellijk beschadigt, verhoogt het de structurele stress, waardoor de vermoeiingslevensduur van het vliegtuig afneemt. Het heeft ook een negatieve invloed op de aerodynamische prestaties, wapensystemen, mechanische en elektronische instrumenten en apparatuur, en het comfort van de passagiers.
In ernstige gevallen kan buffeting ertoe leiden dat de piloot de controle verliest, waardoor de veiligheid van de vlucht en de piloot in gevaar komt.
Daarom wordt buffering beschouwd als een belangrijke factor bij het ontwerp van vliegtuigen.
Surge is een abnormale trilling die optreedt in een turbinecompressor, ook bekend als een schottencompressor, wanneer het debiet tot een bepaald niveau afneemt.
Centrifugaalcompressoren, een type turbinecompressor, zijn bijzonder gevoelig voor piekspanningen.
Het optreden van golfslag is gerelateerd aan de eigenschappen van vloeistofmachines en pijpleidingen. Hoe groter de capaciteit van het pijpleidingsysteem, hoe sterker de golfslag en hoe lager de frequentie.
Surge verstoort de regelmatige stroming van het medium in de machine, maakt mechanische geluiden, veroorzaakt sterke trillingen van de onderdelen en versnelt de slijtage van lagers en afdichtingen.
Als golfslag resonantie veroorzaakt in de pijpleiding, machines en de fundering, kan dit ernstige gevolgen hebben.
Galloperen is een type trilling dat optreedt in constructies met complexe en onregelmatige doorsneden die niet langs de stroomlijn lopen, zoals vierkante, rechthoekige en andere soortgelijke vormen.
De oorzaak van galopperen is dat de liftcurve een negatieve helling heeft, waardoor een negatief dempingseffect op de luchtlift ontstaat, waardoor de constructie voortdurend energie van buitenaf absorbeert en een afwijkende trilling vormt die lijkt op flutter.
Op basis van het opwekkingsmechanisme kan galopperen worden onderverdeeld in twee types: zoggalopperen en dwarsstroomgalopperen.
Zoggalopperen is een onstabiele trilling die wordt veroorzaakt doordat de stroomafwaartse constructie wordt geprikkeld door de stroming die langs de schommeling van de voorste constructie gaat. Constructies zoals de kabels van tuibruggen en hangers van hangbruggen zijn het meest gevoelig voor zoggalopperen.
Cross flow galloping is een divergerende buigende zelfopwekkende trilling veroorzaakt door de negatieve helling van de liftcurve. Deze negatieve helling zorgt ervoor dat de verplaatsing van de constructie zich tijdens de trilling uitlijnt met de richting van de luchtkracht, waardoor de constructie voortdurend energie van buitenaf absorbeert en onstabiele trillingen veroorzaakt.
Dwarsstroming treedt meestal op in flexibele lichtgewicht constructies met hoekige niet-stroomlijnsecties, zoals kabels en hangers in hangbrugsystemen.
Er is ook kans op galopperende divergentie in andere constructies, zoals stalen liggerbruggen met een kleine breedte-hoogteverhouding, hoge en flexibele tuibruggen met lange overspanning, hangbrugtorens en hoofdliggers van doorlopende stalen framebruggen tijdens de fase van maximale uitkraging.
Vortexstraat is een veel voorkomend fenomeen in de vloeistofmechanica dat vaak in de natuur wordt waargenomen.
Wanneer een constante inkomende stroom onder bepaalde omstandigheden rond objecten stroomt, zullen wervelingen met tegengestelde draairichtingen en regelmatige rangschikkingen periodiek van beide zijden van het object afvallen en een Carmen wervelstraat vormen na niet-lineaire actie.
Als er bijvoorbeeld water langs een pier stroomt of wind langs een toren, schoorsteen of elektriciteitsdraad blaast, ontstaat er een Carmen-vortexstraat. Het fenomeen is vernoemd naar Carmen, die als eerste het bestaan ervan voorstelde.
Prominente Chinese werktuigbouwkundig ingenieurs Qian Xuesen, Guo Yonghuai en Qian Weichang hebben allemaal in het Carmen-laboratorium gewerkt.
Als de wisselende afwerpfrequentie van de wervelstraat samenvalt met de frequentie van de akoestische staande golf van het object, zal resonantie optreden.
Veel industriële voorverwarmers en boilers bestaan uit ronde buizen en de vloeistof die rond de ronde buis stroomt, kan door het afwisselend afwerpen van Carmen-wervelstraten de gaskolom in de voorverwarmerkast in trilling brengen.
Als de wisselende afwerpfrequentie van de wervelstraat samenvalt met de frequentie van de akoestische staande golf van het object, kan dit akoestische resonantie veroorzaken en de buiskast hevig laten trillen. In ernstige gevallen kan de triltrommel van de voorverwarmer onvast worden of zelfs breken.
Om schade aan de apparatuur te voorkomen, kunnen de natuurlijke frequenties van de leidingkast en het gas worden aangepast om ze te laten verspringen ten opzichte van de afwerpfrequentie van de Carmen wervelstraat, waardoor resonantie wordt vermeden.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO 
TR