การศึกษาการสั่นสะเทือนจากแรงไม่สมดุลของเครื่องจักรต่อโครงสร้างอาคาร

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการสั่นสะเทือนจากแรงไม่สมดุลของเครื่องจักรต่อโครงสร้างอาคาร ประกอบด้วย 3 ส่วน ส่วนแรกได้แก่การพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ชื่อ TFRAME สําหรับวิเคราะห์ความถี่ธรรมชาติและผลตอบสนองสูงสุด ของโครงสร้างอาคารจากแรงไม่สมดุลของเครื่องจักร ด้วยโปรแกรมภาษาฟอร์แทรน ส่วนที่สองใช้โปรแกรม TFRAME ศึกษาการสั่นสะเทือนของโครงสร้างอาคาร 3 ชั้นที่สมมติขึ้น เป็นอาคารทําจากวัสดุคอนกรีตเสริมเหล็ก ขนาดสูง 12 เมตร กว้าง 4 เมตร และลึก 4 เมตร ส่วนสุดท้ายทําการทดลองเปรียบเทียบผลการคํานวณกับโปรแกรม TFRAME โดยจําลอง โครงสร้าง 3 ชั้น 2 เสา ทําจากเหล็กมีขนาดสูง 1.80 เมตร และกว้าง 0.60 เมตร กับเครื่องจักร ไม่สมดุลเป็นพัดลมดูดอากาศ ความเร็วรอบประมาณ 1300 รอบต่อนาที โปรแกรมคอมพิวเตอร์ TFRAME ใช้ในการวิเคราะห์ปัญหาการสั่นสะเทือนของโครงสร้างอาคารที่ ประมาณเป็นโครงข่ายแบบ 2 มิติ (Plane frame structure) อาศัยระเบียบวิธีทางไฟในต์เอลิเมนต์ประมาณส่วนประกอบ หลักของโครงสร้างเป็นคานแบบออยเลอร์ใน 2 มิติ เพื่อสร้างระบบสมการเชิงอนุพันธ์แทนการสั่นสะเทือนของโครง สร้างอาคาร จากนั้นใช้วิธีการคอนเวนชัน (Conventional method) รวมระบบของตัวแยกการสั่นสะเทือนเข้าไปในระบบ สมการของโครงสร้างอาคาร แล้วหาคําตอบโดยใช้วิธีการแปลงด้วยเมตริกซ์โมแคล (Modal analysis) การศึกษาการสั่นสะเทือนของโครงสร้างอาคาร 3 ชั้น โดยใช้โปรแกรม TFRAME ซึ่งแบ่งโครงสร้างออก เป็น 39 เอลิเมนต์ ขนาด 17 ระดับขั้นความเสรี (Degree of freedoms) พบว่าโครงสร้างอาคาร 3 ชั้นที่สมมติขึ้นนั้น มีค่า ความถี่ธรรมชาติของการสั่นใน 3 โหมดแรก เป็นการสั่นทางด้านข้างของอาคาร และ 3 โหมดถัดมาเป็นการสั่นแบบ สมมาตร ในแนวดิ่ง ส่วนการเพิ่มน้ําหนักเข้าไปในโครงสร้างนั้นจะทําให้ความถี่ธรรมชาติของอาคารลดต่ําลงในทุก ๆ โหมด โดยเฉพาะในตําแหน่งที่โหมดเชพมีขนาดการขจัดสูงด้วยแล้ว ค่าความถี่ธรรมชาติโหมดนั้นจะลดต่ําลงมาก สําหรับการติดตั้งเครื่องจักร ไม่สมดุลในโครงสร้างโดยตรง ผลตอบสนองสูงสุดของโครงสร้างจะขึ้นอยู่กับขนาดและ ความถี่ของแรงไม่สมดุลของเครื่องจักร ความถี่ธรรมชาติและโหมดเชพของโครงสร้างอาคาร และตําแหน่งที่ติดตั้ง เครื่องจักร โดยผลตอบสนองสูงสุดของอาคาร ในพิกัดต่าง ๆ จะมีลักษณะใกล้เคียงกับโหมดเชพของอาคารในโหมดที่มี ความถี่ใกล้เคียงกับความถี่ของแรงไม่สมดุล และการติดตั้งเครื่องจักรในตําแหน่งที่โหมดเชพ ณ ความถี่นั้นมีค่าสูงด้วย แล้ว จะทําให้ผลตอบสนองสูงสุดในทุก ๆ พิกัดมีค่าสูงขึ้นด้วย ส่วนการติดตั้งเครื่องจักรบนชุดแยกการสั่นสะเทือนใน อาคารเป็นผลให้ความถี่ธรรมชาติของอาคารในทุก ๆ โหมดเปลี่ยนแปลงไปขึ้นอยู่กับค่าความถี่ธรรมชาติและมวลของ ชุดแยกการสั่นสะเทือน โดยเฉพาะเมื่อความถี่ธรรมชาติของชุดแยกการสั่นสะเทือนใกล้เคียงกับค่าความถี่ธรรมชาติ โหมดใดโหมดหนึ่งของอาคารแล้วจะทําให้ความถี่ธรรมชาติของโครงสร้างอาคารรวมเครื่องจักรเปลี่ยนแปลงไปมาก แนวโน้มของผลตอบสนองสูงสุดเหมือนกับกรณีที่ติดตั้งเครื่องจักรโดยตรงแต่จะมีขนาดน้อยกว่า ยกเว้นในกรณีที่ความ ถี่ธรรมชาติของชุดแยกการสั่นสะเทือนมีค่าใกล้เคียงกับความถี่ธรรมชาติของอาคารในโหมดที่มีทิศทางการสั่นทางเดียว กัน จะทําให้ผลตอบสนองสูงสุดของอาคารมีค่าสูง สําหรับการเพิ่มมวลของเครื่องจักรบนชุดแยกการสั่นสะเทือนนั้นจะช่วยลดขนาดของผลตอบสนองสูงสุดได้