Wat is willekeurige vibratie?
Willekeurige trilling is elke trilling die geen patroon volgt. Het is tot op zekere hoogte aanwezig in een breed scala van mechanische en elektrische systemen. Hoewel willekeurige trillingen niet precies kunnen worden voorspeld, kunnen statistieken nuttige informatie genereren voor trillingsomgevingen. Auto's op de snelweg en raketten lanceren zijn twee situaties die te maken kunnen krijgen met intense willekeurige trillingen. Ingenieurs gebruiken statistische gegevens om deze trillingen in het laboratorium te simuleren.
Bepaalde waarschijnlijkheden van willekeurig trillingsgedrag kunnen vaak worden voorspeld. Als een auto op de snelweg bijvoorbeeld willekeurig in verticale richting trilt, zijn de toekomstige posities boven de grond niet precies bekend. De kans dat de auto boven een bepaalde hoogte komt, kan echter worden voorspeld. Dit is mogelijk omdat willekeurig gedrag een normale verdeling of "belcurve" volgt. Het gedrag van een dergelijk systeem kan worden geanalyseerd met behulp van statistische hulpmiddelen.
Statistische analyse kan informatie geven zoals de gemiddelde waarde van veel metingen. In het autovoorbeeld kan de gemiddelde hoogte vanaf de grond zoiets zijn als 1 voet (30,5 cm). In een voldoende grote steekproef van metingen kunnen statistieken ook standaardafwijkingen geven. Een standaarddeviatie is de afstand van de gemiddelde waarde die 68,2% van alle gegevenspunten bevat. Voor de autotrillingsproef mag 68,2% van de hoogtemetingen binnen 1 inch (2,54 cm) van de gemiddelde hoogte liggen.
Wanneer de standaardafwijking van testgegevens is berekend, kunnen ingenieurs dit gebruiken om producten te ontwerpen. De willekeurige trillingsomstandigheden op veel verschillende snelwegen zijn vergelijkbaar, dus de statistische gegevens zijn redelijk betrouwbaar. Ingenieurs gebruiken deze gegevens om trillingsomstandigheden in een laboratorium te repliceren, waar het gemakkelijker is om tests op verschillende productontwerpen uit te voeren.
Een andere situatie die willekeurige trillingen ervaart, is een raketlancering. Rocket-ladingen voelen een eerste piek in trillingen wanneer de motor ontsteekt. Een paar seconden later komen trillingen voornamelijk van de brandende motor. Nadat de raket de snelheid van het geluid overtreft, zijn trillingen voornamelijk afkomstig van schokgolven en aerodynamische effecten op het voertuig. Later kan enige trilling het gevolg zijn van kleinere boegschroeven die de oriëntatie van de raket corrigeren.
Net als bij de auto moeten raketten en hun lading worden ontworpen om willekeurige trillingen te overleven. Ingenieurs moeten de statistische gegevens van de trillingen kennen, zodat ze deze omstandigheden in het laboratorium kunnen reproduceren. Het zou onpraktisch zijn om een testraket te lanceren telkens wanneer een nieuw payload-ontwerp moest worden getest. In plaats daarvan plaatsen ingenieurs sensoren op de raketten die worden gelanceerd en gebruiken deze gegevens later.