What are vibration modes? “진동 모드(vibration modes)란 무엇인가?”

진동, 소음 계측기 전문 업체 싸이러스㈜입니다.
이번에는 독일 m+p international에서 근무를 했던 Dr. Thomas Hahn이 Linkedin에 올린 “What are vibration modes? “를 한글로 번역을 하였습니다.

 

모달 Impact 시험, 그림 1

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제가 자주 받는 질문, 특히 m+p international에 새로 합류한 동료들에게서 받을 때가 많은 질문에 대한 저의 개인적인 답변, 아니 해석을 공유하고 싶습니다 (Minthia von Wiarda와 Claas Zmrzly, 보고 있나요? 😉).

그 질문은 바로 '진동 모드(vibration modes)란 무엇인가?'입니다.

저는 이렇게 대답합니다. "모드는 특정 상황에서 객체와 그 주변 환경에 대한 진동을 구성하는 고유한 기본 단위입니다."

보통 이 말을 들으면 다들 친절하게 고개를 끄덕이죠. 하지만 이 답변만으로는 명확하지 않은 것이 분명합니다. 그럼 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.

1. 진동 (Vibration)
우리 모두 진동에 대해 알고 있습니다. 음악도 진동이고, 파동, 라디오 전송, 세탁기의 흔들림이나 지진도 마찬가지입니다. 이 모든 상황은 각각의 개별적인 모드 집합으로 설명될 수 있습니다.

2. 객체와 주변 환경 (An object and its surrounding)
주변 환경은 종종 간과되지만, 우리가 주목하는 객체만큼이나 중요합니다. 객체가 주변 환경에 어떻게 배치되고 고정되어 있는지에 따라 존재할 수 있는 모드가 결정됩니다. 경계 조건이 다르면, 모드도 달라집니다! 아주 좋은 예시가 바로 트럼펫입니다. 어떤 밸브를 누르는지에 따라 관 내부 공기(진동하는 객체)의 경계 조건이 바뀌고, 그 결과로 가장 두드러지는 진동 모드에 의해 결정되는 음높이(pitch)가 달라집니다.

3. 기본 단위 (Building blocks)
앞서 보았듯이, 모드는 진동 상황의 고유한 특징입니다. 하지만 그 이상입니다. 유효한 모드 집합은 고유하며, 이는 하나의 모드가 다른 모드나 다른 모드들의 집합으로 표현될 수 없다는 것을 의미합니다. 이를 **직교성(orthogonality)**이라고 합니다.

다시 한번 간단한 예를 들어보겠습니다. 지금 계신 곳에서 일어서 보세요. 앞으로(또는 뒤로) 갈 수 있고, 왼쪽(또는 오른쪽)으로도 갈 수 있습니다. 하지만 할 수 없는 것도 있습니다. 오른쪽으로만 움직여서 원래 있던 위치의 바로 앞이나 뒤에 도달할 수는 없습니다. 하지만 이렇게는 할 수 있죠. 오른쪽으로 돌아서 뒤로 가면 원래 위치의 왼쪽에 도달하게 됩니다.

이것이 무엇을 의미할까요? 바로 당신의 오른쪽으로 가는 경로가 하나의 모드이고, 앞으로 가는 경로가 또 다른 모드라는 뜻입니다. 왼쪽으로 가는 경로는 오른쪽 경로의 반대(음수) 방향으로 표현될 수 있으므로, 고유한 모드가 아닙니다. 요컨대, 우리가 사는 3차원 세계에서 '모드' 또는 기본 단위는 $(x, y, z) = (1, 0, 0); (0, 1, 0); (0, 0, 1)$이며, 이는 직교 좌표계와 같습니다. 이와 동일한 개념이 모든 종류의 진동에 적용됩니다.

이게 전부입니다!

모든 개발 엔지니어에게 까다로운 부분은 바로 이 모드를 찾는 것입니다! 모달 해석 알고리즘에 수동으로 데이터를 입력하면서 정확하게 측정하는 것은 결코 쉬운 일이 아닙니다. 하지만 이제 이 작업이 훨씬 쉬워졌습니다! 적어도 m+p Analyzer를 사용하신다면 말이죠.

자세한 내용을 원하시면 sales@cylos.co.kr, 031-251-1905로 문의를 주시거나, 싸이러스 홈페이지를 참고하시기 바랍니다.

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참고자료 (reference) : 
1. 싸이러스 홈페이지 (http://www.cylos.co.kr)
2. mp 홈페이지 (http://www.mpihome.com)
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