진동이론
진동의 개요, 기초이론,
표현, 영향
진동의 개요
- 진동이란 어떤 점의 위치가 시간이 경과함에 따라 임의의 기준점을 중심으로 주기적으로 변하는 현상을 말한다.
기계, 기구, 시설 등으로 기인한 진동은 사람에게 불쾌감을 주며 사람의 건강 및 건물의 피해를 줄 수 있으며 이를 공해진동이라 한다.
공해진동은 기계의 수명을 떨어뜨리고 인간의 생리적 장애와 함께 심리적 불쾌감 등을 유발한다.
공해진동수의 범위는 1~90 Hz이며, 진동 레벨로는 60~80 dB 정도이다.
진동의 기초이론
- 1) 변위(x)
- 물체가 정상 정지위치에서 일정시간 내에 도달하는 위치까지의 거리
(단위 : mm, cm)
- 2) 속도(v)
- 변위의 시간변화율
(단위: m/s)
- 3) 가속도(a)
- 속도의 시간변화율
(단위:m/s2)
- 4) 주기(T)
- 1회 진동하는 데 필요한 시간
(sec)
- 5) 진동수($f$)
- 단위시간당 사이클의 반복횟수
(f=$\frac{1}{T}$)
- 6) 각진동수($\omega $)
- 단위시간에 나아가는 각도
($\omega = 2\pi f$)
- 7) 강제진동 (Forced Vibration)
- 주기적인 외력에 의해 지속되는 진동
- 8) 자유진동 (Free Vibration)
- 외부의 힘이 제거된 후에 일어나는 진동
진동의 표현 (진동용어 및 진동레벨의 의미)
- 1) 주파수 또는 진동수 (Frequency)
- 1 sec 동안의 cycle 횟수
표시기호 : $f$ / 단위 : Hz
- 2) 변위진폭 (Displacement)
- 진동을 변위와 시간의 함수로 나타낸 값
표시기호 : $x$ / 단위 : m, cm, mm, $\mu $m
- 3) 진동속도 (Velocity)
- 단위 시간당 변위의 변화량
표시기호 : $v$ / 단위 : m/s, cm/s, mm/s
- 4) 진동가속도 (Vibration Acceleration)
- 단위 시간당 속도의 변화량
표시기호 : $a$ / 단위 : cm/s2(1 cm/s2=1 gal), m/s2
- 5) 진동가속도레벨 (Vibration Acceleration Level: VAL)
- 진동의 물리량을 dB값으로 나타낸 값
$VAL=20\,\,\textrm{log}\left ( \frac{A_{rms}}{A_{ref}} \right )(dB)$
$A_{rms}$ : 측정대상 진동의 가속도 실효치 (m/s2)
$A_{ref}$ : 기준진동의 가속도 실효치 (10-5 m/s2)
$A_{ref}$ : 기준진동의 가속도 실효치 (10-5 m/s2)
- 6) 진동레벨 (Vibration Level: VL)
- 1~90 Hz 범위의 주파수 대역별 진동가속도레벨에 주파수대역별 인체의 진동감각특성(수직 또는 수평감각)을 보정한 값
$VL=VAL+W_{n}\,\,[dB(V)\,or\,dB(H)]$
- ※ Wn : 인체감각에 따른 보정값
| 주파수(Hz) | 1.0 | 1.25 | 1.6 | 2.0 | 2.5 | 3.15 | 4.0 | 5.0 | 6.3 | 8.0 |
| 수직보정dB(V) | -6 | -5 | -4 | -3 | -2 | -1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 수평보정dB(H) | 0 | 0 | 0 | 0 | -2 | -4 | -6 | -8 | -10 | -12 |
| 주파수(Hz) | 10.0 | 12.5 | 16.0 | 20.0 | 25.0 | 31.5 | 40.0 | 50.0 | 63.0 | 80.0 |
| 수직보정dB(V) | -2 | -4 | -6 | -8 | -10 | -12 | -14 | -16 | -18 | -20 |
| 수평보정dB(H) | -14 | -16 | -18 | -20 | -22 | -24 | -26 | -28 | -30 | -32 |
진동의 영향
- 1) 인체에 대한 진동의 영향을 결정하는 물리적 인자
- ① 주파수
- ② 진동가속도
- ③ 진동의 방향
- ④ 지속시간(폭로시간)
- 2) 인체에 미치는 영향
- ① 감각적영향 : 차멀미(3Hz 이하), 호흡이 힘들고 산소 소비가 증가(1~3 Hz),허리, 가슴 및 등쪽에 심한 통증을 느낌(6Hz), 머리, 안면의 진동을 느낌(13Hz)
- ② 신체적 영향
- 전신진동: 차량, 선박, 항공기 등 교통기관을 타거나 운전 시 일반적으로 다리 등을 통하여 전신에 전달된다.
- 국소진동: 착암기, 연마기 등을 많이 사용하는 근로자들이 받는 진동, 손가락의 말초신경 운동 장애 발생(레이노이씨 현상)
