Rezonans

    Rezonansın birkaç tanımı vardır. Fiziksel bir bakış açısıyla, bir cisme çarpan aynı periyoda ayarlanmış dalgaların veya bir cismin kaynakla aynı frekansta salınma kabiliyetinin neden olduğu eşzamanlı bir salınımdır.

     Yine başka bir tanım, rezonansın bir sistemin daha büyük bir genlikte, bazı frekanslarda diğerlerinden daha fazla salınma eğilimi olduğunu belirtir. Bu frekanslar rezonans frekansları olarak bilinir. Rezonans frekanslarında, küçük periyodik kuvvetler bile büyük salınım genliklerine neden olabilir çünkü sistem salınım enerjisini depolar.

     Öncelikle salınımın ne olduğunu açıklayalım. Herhangi bir rijit cisim, dış kuvvetlerden etkilenmezse uzayda sabit kalır. Vücut, dış enerji ekleyerek uzayda kinetik enerji kazanır ve bu ona momentum momenti verir. Eğer bir cisim yerçekiminin etkisi olmaksızın bir boşluğa konulursa, o beden pratik olarak evrenin sonuna (hem uzamsal hem de zamansal olarak) hareket edebilir. Sıradan hayatımızda bu tür bedenlere pek rastlamadığımız için bize yakın şartlarla uğraşırız. Çevresiyle etkileşime giren bir bedeni ele alacağız. Bu durumda duran bir cisme kısa bir enerji darbesi uygularsak bu cismin sıfır noktası dediğimiz sabit konumundan sapacağını söyleyebiliriz. Yerçekimi, sönümleme ve diğer fiziksel etkiler nedeniyle,

     Üç temel nicelik, herhangi birinin veya cisimler sisteminin salınımının frekansını ve genliğini tanımlar. Kütle, esneklik/sertlik ve sönümleme katsayısı. Kütle ve elastikiyet, cismin şekli ve malzemesi tarafından belirlenir ve standart koşullar altında sabit kalır. Sönümleme katsayısı ayrıca vücudun çevresiyle etkileşimine de bağlıdır ve zamanla değişebilir. Bu değişiklik, sistemin salınımını sönümlemek için gereken süreye yansır.

     Sisteme salınım üreteci (rezonatör) şeklinde dördüncü bir üye eklersek ne olur?

     Yazının başında da bahsedildiği gibi sistem salınım enerjisini depolar. Bu nedenle, sistemin frekansı ile rezonatörün frekansı frekans ve faz uyumu içinde ise, sistemin rezonansı oluşacak ve bu, frekansı korurken salınımın genliğinin artmasına yansıyacaktır. Bu fenomen özellikle istenmeyen ve tehlikelidir, çünkü bazı durumlarda sistemin tamamen yok olmasına yol açabilir. Belki de rezonans nedeniyle en bilinen yıkım vakası, Kasım 1940'ta Tacoma Köprüsü'nün çökmesidir.

      Rezonans, müzik, saat yapımı, lazer ekipmanı vb. gibi bazı endüstrilerde arzu edilen bir olgudur, ancak mühendislik ve otomasyonda tamamen istenmeyen bir durumdur. Temel olarak hareketin kesinliğine ve tekrarlanabilirliğine dayanan uygulamalar, rezonans meydana gelirse kullanılamaz olur. Bu nedenle, münferit bileşenler ve nihai montaj tasarlanırken, uygulamanın rezonans özellikleri ve kullanılan aktüatörler (sürücüler) dikkate alınmalıdır. Bu nedenle modal analizler denilen işlemler yapılmalıdır. Bunlar, tasarım sürecinin erken bir aşamasında, münferit bileşenlerin ve hatta tüm sistemin rezonansıyla ilgili olası riskleri tespit etmemizi sağlar.

       Örnek olarak endüstriyel bir robotun tasarımını alabiliriz. Modal analizin sonuçları, ilk modal veya doğal frekansın 59 Hz'de olduğunu gösterdi. Bu, aktüatör hızının 3540 rpm'ye ulaşmaması gerektiği anlamına gelir. Bu robotun üreticisi için varılacak sonuç, rezonanstan kaçınmak ve böylece kalıcı hasar, hatta robotun yok edilmesi riskinden kaçınmak istiyorlarsa, ya tasarımı değiştirmek ya da aktüatörün çıkış hızını sınırlamaktır.

     Sofistike BT analitik araçlarıyla dolu günümüz çağında, bu nedenle, geliştirme sırasında potansiyellerinin kullanılması ve bu tür cihazların üretiminin ve çalıştırılmasının sonraki aşamalarında komplikasyonlardan kaçınılması şiddetle tavsiye edilir.

     Bu kurala, kendi ürünlerini tasarlarken bu sistemleri kullanan Slovak şirketi SPINEA® da uymaktadır. Ayrıca bu seçeneği, cihaz geliştirmenin ilk aşamalarında müşterilerine ve iş ortaklarına sunar. Analizler hem bireysel bileşenleri hem de ortaya çıkan bütünü ilgilendirir. Nihai ürünün iyileştirilmesine, operasyonel özelliklere ve müşterinin ekipmanının genel dayanıklılığına yüksek değerlendirme değerleri ile önemli ölçüde katkıda bulunurlar.