Vibration

Eine Vibration ist eine mechanische oszillierende Bewegung um eine stabile Gleichgewichtsposition oder eine durchschnittliche Flugbahn. Die Vibration eines Systems kann frei oder erzwungen sein.

Vibrationsbewegungen

Jede Vibrationsbewegung kann durch die folgenden Eigenschaften definiert werden:

Freiheitsgrade (dof)

Eine freie Masse im Weltraum hat natürlich sechs Freiheitsgrade:

Ursachen

Wir unterscheiden die Schwingungen:

Form, Natur

Man unterscheidet insbesondere die Schwingungen:

Gegenstand der Vibration

Intensität und Frequenz

Abhängig von der Art und Art der Vibration und abhängig von den Messmitteln kann sie in Amplitude (linearer oder Winkelabstand), Leistung oder effektivem Wert in Bezug auf eine Referenz ( Dezibel ), Frequenz ( Hertz ) usw. gemessen werden .

Wahrnehmung von Schwingungen durch lebende Organismen

Viele lebende Organismen sind vibrationsempfindlich dank spezieller Organe oder Sensoren, die es ihnen ermöglichen, zu kommunizieren, Kongenere, Beute oder potenzielle Raubtiere zu erkennen , insbesondere im Wasser (bei Fischen , Meeressäugern , Krebstieren , grabenden Weichtieren und anderen Muscheln ...) oder in der Nachtumgebung . Das Gehör ist eine Wahrnehmung der Körper von Schwingungsumgebungen, aber oft tragen die Haut und der ganze Körper zu dieser Wahrnehmung bei. Ihr Instinkt drängt zum Beispiel Regenwürmer ( Regenwürmer ), bei wiederholten Bodenschwingungen an die Oberfläche zu steigen, möglicherweise als Reaktion auf Erdbeben oder wenn eines ihrer grabenden Raubtiere wie der Maulwurf oder der Dachs .

Untersuchungsmittel

In der Industrie interessieren wir uns aus zwei Gründen für die Schwingungsanalyse:

Anregung einer mechanischen Struktur

Eine zu große Vibrationsanregung kann durch eine Anregung der Eigenmoden ( Resonanzfrequenzen ) der Struktur ausgelöst werden. Eine oder mehrere Quellen erzeugen Schwingungen in einem bestimmten Schwingungsmodus der Struktur, die Schwingungsamplitude der Struktur ist dann viel größer als die Amplitude der Erregung und kann daher deren Zerstörung durch Ermüdung verursachen. Das Fachwissen besteht hier darin, die Schwingungsmodi der Struktur zu identifizieren.

Es gibt zwei Methoden, um die Eigenfrequenzen eines Systems zu bestimmen:

Die Charakterisierung mit einem Vibrationstopf wird hauptsächlich zur Dimensionierung oder Qualifizierung von Geräten im Labor vor der Verwendung verwendet.

Die Schlaghammeranalyse dient zur In-situ- Charakterisierung der Struktur.

Die experimentelle Modalanalyse (AME) ermöglicht es, die Verformungen der Struktur als Funktion der Frequenz zu bestimmen.

Die Messung der Betriebsauslenkungsform im Betrieb (DOF oder ODS: Betriebsauslenkungsform ) ermöglicht es, die tatsächliche Verformung der Struktur im Betrieb zu bestimmen.

Berechnungen durch Modellierung der Struktur durch finite Elemente ermöglichen es, die Eigenmoden der Struktur zu bewerten.

Der Hammerschlag ermöglicht es, die Struktur auf allen Frequenzen (bis ca. 10 kHz) mit der gleichen Energie anzuregen . Abhängig von den anzuregenden Frequenzen stehen unterschiedliche Spitzen zur Verfügung (weiche Spitze: niedrige Frequenzen, harte Spitze: mittlere Frequenzen).

Sobald die sauberen Modi der Struktur identifiziert sind, ist es entweder:

Die Modellierung ermöglicht es dann, die Hinzufügung von Masse oder Steifheit auf der Struktur genau zu dimensionieren;

Finite-Elemente-Berechnungen können es ermöglichen, die maximal zulässige Vibration der Struktur zu berechnen, um das Risiko eines Ruins durch Vibrationsermüdung zu vermeiden.

Schwingungsanalyse rotierender Maschinen

Die Vibrationsanalyse rotierender Maschinen wird heute von Herstellern häufig verwendet, um Fehler an ihren Maschinen zu diagnostizieren, bevor sie einen Unfall erleiden: Dies ist eine bedingte Wartung. Durch das Erkennen des Problems können Heilmaßnahmen ergriffen werden, z. B. das Einstellen oder Ersetzen eines defekten Teils, bevor die Maschine zusammenbricht.

Die Schwingungen werden mit Beschleunigungsmessern gemessen, die an den Lagern der Maschine angebracht sind (Maschinenstruktur und nicht an der Struktur oder der Schutzabdeckung). Näherungssonden (induktive Wegsensoren oder Laser) werden auch bei Gleitlagermaschinen verwendet. Im Allgemeinen erfolgt die Messung in den 3 Achsen.

Es kann nützlich sein, die Gesamtgeschwindigkeit zwischen 10 und 1000 Hz zu messen  , um sie mit den ISO 10816-Normen vergleichen zu können, die Kriterien für den Schwingungszustand der Maschine für verschiedene Maschinentypen und -leistungen angeben. Das Erhöhen der Gesamtgeschwindigkeit im Laufe der Zeit kann zu Schäden an der Maschine führen. Dies ist ein Indikator, der eine Annäherung an den Vibrationszustand der Maschine liefert, bei hochfrequenten Vibrationen jedoch möglicherweise nicht ausreicht.

Die Messung des Schwingungsspektrums ermöglicht es, die Schwingungsfrequenzen der Struktur zu identifizieren und bestimmte Arten von Fehlern zu diagnostizieren, wie z.

Die Verwendung eines oberen Turms ermöglicht es, die Drehzahl zu messen.

Die zustandsbasierte Wartung ermöglicht es auch, das kostspielige System der systematischen Wartung zu beseitigen, bei dem ein Teil regelmäßig gewechselt wird, unabhängig davon, ob es abgenutzt ist oder nicht.

Unerwünschte Vibrationen

Bestimmte rotierende Objekte (Motoren, Räder, Turbinenschaufeln usw.) können - im normalen Betrieb oder beschädigt - Vibrationen erzeugen, die für das Ohr oder den Körper unangenehm oder für die Maschine selbst gefährlich sind.
Es gibt verschiedene Mittel zur Messung dieser Schwingungen.

Das Ideal (wenn sie nicht auf den Verschleiß einer Nabe oder eines Teils zurückzuführen sind) wäre, sie "direkt" verhindern oder korrigieren zu können.

In leistungsstarken Maschinen (Flugzeugturbinen oder Propeller, Gasturbinen usw.) sind die Schaufeln aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit und der durch Luftdruck, Scherung usw. erzeugten Turbulenzen sehr hohen Belastungen ausgesetzt.
Forscher und Studenten hatten die Idee, einen dünnen Streifen eines piezoelektrischen Materials ( piezokeramisch ) auf Klingen aufzubringen, die einer schnellen Rotation ausgesetzt waren. Dieses Material dehnt sich aus oder zieht sich bei Bedarf zusammen, wenn es einem elektrischen Feld ausgesetzt wird (dies ist der umgekehrte piezoelektrische Effekt ). Es ermöglicht die Steuerung der Schwingungsmoden der Schaufeln über die Steuerung des an das Material angelegten elektrischen Feldes (wir können die Frequenz des piezoelektrischen Materials an die der Schaufel anpassen und unerwünschte Schwingungsamplituden ausgleichen). Die Klinge könnte auch in die Klingen integriert werden, um Verschleiß zu vermeiden. Diese Lösung befindet sich nur im Laborstadium , könnte jedoch möglicherweise den Betrieb, den Verschleiß und den Verbrauch oder die Produktion von Turbinen verbessern, die in der Luftfahrt, Windkraft, in Fabriken usw. verwendet werden.

Vibrationen am Arbeitsplatz

Die Berufe, bei denen das Risiko einer erheblichen Vibrationsbelastung besteht, unterliegen in Frankreich den Artikeln R. 4441-1 bis R. 4447-1, die sich aus dem Dekret Nr. 2005-746 von ergeben 4. Juli 2005des Arbeitsgesetzbuches. Insbesondere legen diese Grenzwerte für die Exposition im Zusammenhang mit Vibrationen fest, die den gesamten Körper betreffen:

Der Arbeitgeber ist verpflichtet, das Ausmaß der mechanischen Vibrationen zu bewerten, denen die Mitarbeiter ausgesetzt sind, und vorbeugende Maßnahmen zu ergreifen, um die aus dieser Exposition resultierenden Risiken zu beseitigen oder zu verringern (Verringerung der Vibrationen an der Quelle, Verringerung der Übertragungsvibrationen auf den Arbeitnehmer, Verringerung der Auswirkungen von Vibrationsübertragung und Zugbetreiber).

Es gibt auch Werte für Vibrationen, die nur bestimmte Körperteile betreffen, wie dies bei Bauarbeitern der Fall sein kann, die bestimmte Werkzeuge verwenden:

Das Arbeitsgesetzbuch legt auch die Maßnahmen fest, die zu ergreifen sind, wenn diese Werte überschritten werden. Zahlreiche Maßnahmen ermöglichen es, die Vibrationen zu reduzieren, denen Bediener ausgesetzt sind: Verbesserung der Ausrüstung und ihrer Einsatzbedingungen, Schulung der Mitarbeiter, Einrichtung einer medizinischen Überwachung usw.

Gesundheitliche Folgen

Negative Konsequenzen

Im Zusammenhang mit Vibrationen, die den gesamten Körper betreffen (zum Beispiel bei Personen, die den Presslufthammer verwenden), sind die Folgen hauptsächlich Erkrankungen des Bewegungsapparates: Schmerzen im unteren Rückenbereich, Bandscheibenvorfälle ... Die Vibrationen, die nur die oberen Gliedmaßen betreffen, können auch Probleme mit den Gelenken von verursachen die Handgelenke oder Ellbogen, das Raynaud-Syndrom (Problem mit der Durchblutung der Extremitäten) oder neurologische Störungen (vermindertes Tastempfinden, heiß und kalt oder sogar Verlust der Geschicklichkeit und die Fähigkeit, Gegenstände leicht zu greifen).

Positive Konsequenzen oder therapeutisches Interesse

Die Exposition gegenüber regelmäßigen und begrenzten Perioden von "Ganzkörpervibrationen" könnte bei bestimmten Krankheiten einen minimalen, aber signifikanten therapeutischen Nutzen bringen: Typ-II-Diabetes , Zerebralparese, chronische Lungenobstruktion, Fettleibigkeit ... eine kürzlich durchgeführte Studie (2017) an genetisch fettleibigen Labormäusen .
Die metabolischen Vorteile in diesen Fällen wären ähnlich denen, die durch Gehen auf einem Laufband bei Typ-II-Diabetes erzielt werden. Während des Experiments wurden die Mäuse 20 Minuten Körpervibration pro Tag ausgesetzt, während eine andere Gruppe 45 Minuten pro Tag auf einer Matte lief und eine dritte Gruppe (Kontrolle) keiner bestimmten körperlichen Aktivität ausgesetzt war.
Das Experiment dauerte 12 Wochen. Innerhalb dieses Zeitraums (während bekannt ist, dass die Belastung des Skeletts das Knochengewebe stimuliert und stärkt) hat die Ganzkörpervibration die Knochen der Tiere nicht gestärkt oder ihre Knochendichte verändert. Die Autoren haben jedoch einen Anstieg des Osteocalcinspiegels (eines an der Knochenbildung beteiligten Hormons ) gemessen, was bedeuten könnte, dass auf lange Sicht dennoch Skelettvorteile möglich wären. Ebenso wie die Mäuse, die 45 Minuten pro Tag liefen, hatten diejenigen, deren Körper 20 Minuten pro Tag vibriert hatten, weniger Fett und mehr Muskeln an den Beinen und zeigten Anzeichen eines besseren Stoffwechsels, insbesondere Insulin . Vorteile wurden für die Leber beobachtet: Typ-II-Diabetes führt zu einer Ansammlung von Fett in der Leber, was manchmal zu einer Funktionsstörung dieses Organs oder sogar zum Tod führt. Die Mäuse, die auf dem Laufband gelaufen waren, wie diejenigen, deren Käfige 20 Minuten pro Tag vibrierten, hatten jedoch etwa dreimal weniger Fett in ihrer Leber als die Mäuse in der Kontrollgruppe.

Turnhallen bieten Ganzkörper-Vibrationsgeräte an, und viele Sportler finden sie, um ihre Leistung zu verbessern.

Verwendung des Begriffs in New Age

Im XX - ten  Jahrhundert , das Konzept der Schwingung in verschiedenen Strömungen des verwendet wird , New Age , in der Regel mit „gut“ assoziiert oder „schlecht“ (siehe Good Vibrations dem Beach Boy ), Umgebungs Phänomene zu bezeichnen (wo die gemeinsame Sprache wie : "Hier herrscht eine gute Atmosphäre" oder "diese Person gefällt mir nicht", der Anhänger des New Age wird sagen "hier gibt es gute Schwingungen" oder "diese Person strahlt schlechte Schwingungen aus") oder die Natur des Universums ( Kosmos ist der bevorzugte Begriff), mit dem das Individuum " mitschwingen  " könnte. Das Wort Welle wird manchmal im gleichen Sinne verwendet.

Anmerkungen und Referenzen

  1. Catania, Kenneth C. " Wurm grunzt, spielt und charmant - Menschen ahmen unwissentlich ein Raubtier nach, um Köder zu ernten ." PLoS One 3.10 (2008): e3472. APA
  2. Boulet PC (1960) Experimente zur visuellen Wahrnehmung von Bewegungen auf Barschen  ; Bulletin Français de Pisciculture, (196), 81-95
  3. Forscher und Studenten am Institut für Dynamik und Vibration (IDS) der Universität Leibniz in Hannover; Quelle: Artikel Wissenschaft - Wirtschaft - Politik - Januar 2010, aufgenommen von piezoelektrischen Materialien zur Dämpfung von Schwingungen in Turbinenschaufeln (BE Deutschland Nummer 467 (20/01/2010) - Botschaft von Frankreich in Deutschland / ADIT)
  4. Mitch Leslie (2017) Gute Vibrationen: Ein bisschen Schütteln kann Fett verbrennen, Diabetes bekämpfen Gepostet in: Gesundheit DOI: 10.1126 / science.aal0919; veröffentlicht am 15. März 2017
  5. Mel D. Faber, New-Age-Denken: eine psychoanalytische Kritik , University of Ottawa,1996( Online-Präsentation ) , p.  330 „Laut unseren New Age-Experten (…) ist der Kosmos eine vibrierende Einheit (…)“

Siehe auch

Zum Thema passende Artikel

Externe Links

Literaturverzeichnis

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