Vitale vibrationer
Vibrationer er vigtige, og det kan være svært at få frekvenserne til at spille. Da snoren blev klippet og Tacoma Narrows Bridge indviet d. 1. juli i 1940 i Pierce County, Washington, kunne den pryde sig med titlen som verdens tredje længste hængebro. En titel den dog kun bar i ganske kort tid. Blot fire måneder senere kollapsede broen på dramatisk vis.
Allerede under opførelsen af den imponerende hængebro fik den af bygningsarbejderne øgenavnet "Galloping Gertie", for når vinden tog fat i broen, svingede den fra side til side. Den 7. november 1940 trak det op til storm, og da vinden ramte for fuld styrke, satte det broen i så store svingninger at den til sidst kollapsede. På utrolig vis kostede ulykken ingen menneskeliv. Eneste offer var cockerspanielen, Tubby, der styrtede ned med en efterladt bil, da broen ikke længere kunne stå imod naturkræfterne. Professor Frederick Burt Farquharson, en ingeniør fra University of Washington, som havde været involveret i broens opførelse, prøvede desperat at redde hunden, men blev bidt af den rædselsslagne cockerspaniel og måtte opgive sin heltedåd.
Cockerspanielen Tubbys ultimative offer på videnskabens alter var dog ikke forgæves. Ulykken satte nemlig nye standarder for design af hængebroer. Og Tacoma Narrow-broen er et strålende eksempel på, hvorfor det er vigtigt, at svingningslære er en obligatorisk del af civilingeniørstudiet konstruktionsteknik i dag.
”Vibrationer er noget, som virkelig fascinerer vores studerende, alle bliver umiddelbart fascineret af, når de ser videoer af Tacoma Narrow Bridge eller et stadium, som bogstaveligt talt gynger, fordi tilskuerne hopper i takt i jubel over, deres hold har scoret. Men samtidig kan det være svært at forstå matematikken bag. Derfor er vibrationsplatformen meget vigtig, for med den kan de studerende lave praktiske opgaver og ved selvsyn se, hvordan vibrationerne opfører sig,” fortæller lektor Sine Leergaard Wiggers, som er uddannelsesleder for Konstruktionsteknik ved SDU Mechanical Engineering, Institut for Mekanik og Elektronik.
Apparatet er dermed med til at understøtte en kongstanke på SDU’s ingeniøruddannelser, nemlig at teori skal omsættes til praktisk erfaring.
Derfor kollapsede broen
Vibrationsplatformen har nemlig en unik evne til at forklare egen-frekvenser, dæmpning og svingningsformer. Ved den kritiske vindhastighed den skæbnedag blev hvirvler bag broen kastet med en frekvens, som faldt sammen med egen-frekvensen af en let dæmpet svingningsform af broen.
Det fik broen til at svinge en smule i denne form. Desværre forstærkede disse svingninger de harmoniske, aerodynamiske kræfter fra vinden, som derfor øgede amplituden af svingningerne yderligere indtil deres størrelse og antallet fik broen til at lidet et low-cycle udmattelsesbrud.
”I sidste ende handler det om, at vores ingeniørstuderende får en dybere forståelse af svingningsteorien.”
Sine Leergaard Wiggers fortæller videre, at vibrationsplatformen demonstrerer de mest klassiske, fundamentale, matematiske modeller, som bliver brugt i undervisningen.
Systemet kan også bruges af de studerende selv så de kan lave test og variere materialer, masser, fjederstivheder, viskøs dæmpning med mere og herved opnå bedre forståelse for de matematiske modeller og deres løsning.
De klassiske modeller for vibration er nemlig essentielle for de ingeniørstuderende, så de forstår grundbegreberne i svingningsteori. Det er nødvendigt at forstå dette for at kunne arbejde med design og optimering af nye eller eksisterende systemer (maskiner, bygninger osv.) ud fra et svingningssynspunkt.
”En klassisk model kan f.eks. være en fjeder og en masse som svinger lodret som vist på billedet og den matematiske teori kan vi bruge til at forudsige, hvordan systemet vil vibrere og testudstyret kan bruges til f.eks. at verificere den matematiske model. Af andre klassiske fundamentale modeller, så kan man med demonstrationsudstyret også se på en eller flere masser der svinger vandret, en bjælke som er understøttet i hver ende der svinger, eller hvordan et system med roterende masser svinger.”
So ein Ding
Vi vil gerne sætte fokus på alt det fantastiske udstyr vi har på Det Tekniske Fakultet. Derfor bringer vi artikelserien So ein Ding, hvis overskrift vi har tyvstjålet fra et populært DR-program, som omhandler elektroniske gadgets. For når det kommer til elektronisk udstyr, så er det få, som kan måle sig med SDU.
Vi har spritnyt state-of-the-art-udstyr, vi har udstyr du ikke finder andre steder, og så har vi udstyr, som bare er rigtig, rigtigt fedt og gemmer på en god historie.
SDU har dingenoter, dippedutter og himstregims og tusindvis af elektroniske apparater, som du ikke finder derhjemme eller i din virksomhed. Og det fede er, at du kan gøre brug af dem. SDU stiller nemlig velvilligt viden og udstyr til rådighed, hvis vi kan finde et fælles projekt.
I denne første udgave af artikelserien stiller vi skarpt på en vibrationsplatform, som Fabrikant Mads Clausen Fond sammen med PA Fiskers Fond har doneret til Center for Industriel Mekanik.
FAKTA
Test- og demonstrationsriggen kan fx demonstrere følgende:
- Frie og tvungne vibrationer
- Tværgående, langsgående og torsionsvibrationer
- Dæmpning af vibrerende systemer
- Resonansfrekvenser og modeformer