Co to jest wibracja losowa?
Drgania losowe to wszelkie wibracje, które nie podążają za wzorem. Występuje do pewnego stopnia w szerokiej gamie układów mechanicznych i elektrycznych. Chociaż nie można dokładnie przewidzieć drgań losowych, statystyki mogą generować użyteczne informacje dla środowisk wibracyjnych. Samochody na autostradzie i wystrzeliwanie rakiet to dwie sytuacje, w których mogą wystąpić intensywne przypadkowe wibracje. Inżynierowie wykorzystują dane statystyczne do symulacji tych wibracji w laboratorium.
Często można przewidzieć pewne prawdopodobieństwa zachowania się na skutek drgań losowych. Na przykład, jeśli samochód na autostradzie losowo wibruje w kierunku pionowym, jego przyszłe położenie nad ziemią nie może być dokładnie określone. Można jednak przewidzieć prawdopodobieństwo, że samochód znajdzie się powyżej określonej wysokości. Jest to możliwe, ponieważ zachowanie losowe przebiega zgodnie z rozkładem normalnym lub „krzywą dzwonową”. Zachowanie takiego systemu można analizować za pomocą narzędzi statystycznych.
Analiza statystyczna może dostarczyć informacji takich jak średnia wartość wielu pomiarów. W przykładzie samochodu średnia wysokość nad ziemią może wynosić około 1 stopy (30,5 cm). W wystarczająco dużej próbce pomiarów statystyki mogą również podawać odchylenia standardowe. Jedno odchylenie standardowe to odległość od wartości średniej, która zawiera 68,2% wszystkich punktów danych. W teście drgań samochodu 68,2% pomiarów wysokości może mieścić się w odległości 1 cala (2,54 cm) od średniej wysokości.
Po obliczeniu standardowego odchylenia danych testowych inżynierowie mogą to wykorzystać do projektowania produktów. Losowe warunki drgań na wielu różnych autostradach są podobne, więc dane statystyczne są dość wiarygodne. Inżynierowie wykorzystują te dane do odtworzenia warunków drgań w laboratorium, w którym łatwiej jest przeprowadzić testy różnych konstrukcji produktu.
Kolejną sytuacją, w której występują przypadkowe wibracje, jest wystrzelenie rakiety. Ładunki rakietowe odczuwają początkowy skok wibracji, gdy silnik się zapala. Kilka sekund później wibracje powstają głównie podczas spalania silnika. Gdy rakieta przekroczy prędkość dźwięku, wibracje powstają głównie w wyniku fal uderzeniowych i efektów aerodynamicznych w pojeździe. Później niektóre wibracje mogą wynikać z mniejszych silników odrzutowych, które korygują orientację rakiety.
Podobnie jak w samochodzie, rakiety i ich ładunek muszą być zaprojektowane tak, aby przetrwały przypadkowe wibracje. Inżynierowie muszą znać dane statystyczne dotyczące wibracji, aby móc odtworzyć te warunki w laboratorium. Niepraktyczne byłoby uruchomienie rakiety testowej za każdym razem, gdy trzeba było przetestować nowy projekt ładunku. Zamiast tego inżynierowie umieszczają czujniki na wystrzeliwanych rakietach, a następnie wykorzystują te dane później.