ในการทำงานของเครื่องจักรกลต่างๆนั้น ข้อจำกัดของคาวมสมบูรณ์แบบในการสร้างชิ้นงานนั้นทำให้เกิดการสั่นในโครงสร้างของเครื่องจักร การสั่นที่เกิดขึ่นนั้นทำให้เกิดอายุของเครื่องจักรขึ้นซึ่งต้องกำหนดเวลาซ่อมบำรุงเครื่องจักร เครื่องยนต์รถหมุนด้วยความเร็วรอบ ? รอบต่อนาที ก็จะมีการสั่นอยู่ที่ 2??60⁄ เฮิรซ์ การสั่นของรถเมื่อวิ่งบนทางขรุขระก็จะมีรูปแบบการสั่นที่เป็นไปตามรูปแบบของการขรุขระของทางนั้นๆ การสั่นของเครื่องเจาะกระเทาะปูนหรือดินบนถนนก็จะมีรูปแบบการสั่นเฉพาะตัว การเคาะระฆังก็จะมีการสั่นของระฆังที่ให้เสียงกังวาลไม่เหมือนเสียงของรถยนต์ หรือเครื่องจักรอื่นๆ ซึ่งจะเห็นได้ว่า รูปแบบการสั่นนั้นมีลักษณะที่แตกต่างกันออกไปสาหรับแต่ละวัตถุ ซึ่งสามารถใช้การสั่นนี้ระบุลักษณะของวัตถุนั้นๆได้ การพูดการออกเสียงหรือเสียงที่แตกต่างกันนั้นก็เกิดจากการสั่นในลำคอ เสียงแหบเสียงแห้งที่เกิดขึ้นนั้นเกิดจากการทำงานผิดปกติของบางอวัยวะซึ่งเราสามารถตรวจเช็คได้ จากหลักการนี้เองการที่เครื่องจักรทำงานในสภาวะปกตินั้นก็จะส่งรูปแบบการสั่นออกมารูปแบบเฉพาะตัวที่คงที่ แต่หากเครื่องจักรนั้นมีอาการผิดปกติไปนั้นการตรวจสอบรูปแบบการสั่นขอเครื่องจักรก็สามารถช่วยหาสาเหตุของชิ้นงานปัญหาได้ การออกแบบที่ไม่ดีหรือการสร้างที่ไม่ดีนั้นทาให้เครื่องจักรมีการสั่นอย่างมาก ชิ้นงานก็จะสึกหรออย่างรวดเร็วทำให้ต้องจัดหาชิ้นส่วนใหม่มาทดแทนบ่อยครั้ง และถ้ายิ่งออกแบบแล้วการสั่นของชิ้นงานนั้นไปพ้องกันกับความถี่ธรรมชาติของระบบแล้วยิ่งทาให้เกิดการสั่นพ้อง ทำให้เกิดการสั่นที่ยิ่งรุนแรงมากขึ้นไปอีก
Resonance การสั่นพ้องคือปรากฏการณ์ทางการสั่นที่เมื่อระบบหนึ่งถูกสั่นด้วยความถี่ที่ไปพ้องกับความถี่ธรรมชาติของระบบนั้น ซึ่งทาให้แอมพลิจูดของการสั่นนั้นมากขึ้น เหมือนกับการแกว่งเปลให้แรงขึ้นนั่นคือเราใส่แรงผลักเข้าไปในเปลด้วยความถี่เดียวกับที่เปลนั้นแกว่งอยู่ทาให้เปลนั้นแกว่งมากขึ้นนั่นเอง
Mode Shape คือรูปแบบการสั่นของชิ้นงานหรือระบบ เช่นการสั่นแบบ Bending การสั่นแบบ Torsion การสั่นแบบ Second Bending เป็นต้น รูปแบบการสั่นนี้แตกต่างกันออกไปตามความถี่ธรรมชาติของชิ้นงาน
จากกระบวนการที่ว่าการสั่นในชิ้นงานนั้นมีรูปแบบเฉพาะและคำจำกัดความของ Resonance และ Mode shape นั้น สามารถที่จาทำการวิเคราะห์ร่วมกันเพื่อแสดงการสั่นในชิ้นงานในย่านความถี่ที่ต้องใช้งาน โดยผลวิเคราะห์นี้สามารถบอกได้ถึงการเปลี่ยนแปลงของชิ้นงานโดยกระบวนการนี้เรียกว่า FRF หรือ Frequency Response
Function ในการวิเคราะห์ FRF นี้เราสามารถที่จะใช้ Harmonic Frequency Analysis ของ SOLIDWORKS
Simulation ได้โดยโมดูลนี้จะอยู่ใน Advance Simulation > Linear Dynamic > Harmonic
จากนั้นกำหนดคุณสมบัติของวัสดุให้กับชิ้นงาน จุดยึดชิ้นงาน ภาระกรรมที่กระทำต่อชิ้นงาน จากนั้นใน Harmonic Properties เราสามารถที่จะกำหนดขอบเขตของความถี่ที่ต้องการใช้งานแล้วดูว่าความถี่ธรรมชาติของชิ้นงานนั้นมีโหมดใดอยู่ในช่วงความถี่นี้บ้าง
จากนั้นการใช้คำสั่ง Define Response Graph ในเมนู Result นั้นเพื่อหาผลเฉลยต่างๆ ของ Node ที่กาหนดอย่างเช่น ค่า Displacement , Stress ของ Node นั้นเทียบกับความถี่และทำการแปลงกราฟนี้เป็น Gain Plot ก็จะสามารถอ่านผลได้อย่างง่าย
ลักษณะกราฟของ Gain plot จะมีลักษณะดังแสดง เส้นกราฟจะมีช่วงที่เป็นยอดแหลมซึ่งเป็นตาแหน่งที่เกิดการสั่นพ้อง ยอดแหลมแต่ละยอดก็คือ Modeshape ต่างๆที่เกิดขึ้นกับชิ้นงานที่ความที่นั้นๆ
อย่างเช่นวิศวกรต้องออกแบบ Bracket ที่ต้องถูกใช้งานที่ความถี่ 750 เฮิรซ์ เพื่อป้องกันการเกิดการสั่นพ้องที่ชิ้นงานนี้จึงได้ใช้กระบวนการวิเคราะห์แบบ Harmonic ใน SOLIDWORKS Simulation เพื่อวิเคราะห์ Frequency Response Function ของชิ้นงาน Bracket นี้
เหมือนดัง Bracket นี้ซึ่งในการใช้งานนั้นมีความถี่เกิดขึ้นที่ 750 เฮิรซ์ ซึ่งแบบ Design_1 นั้นพบว่ามีค่าความถี่ธรรมชาติโหมดที่ 2 อยู่ที่ 747 เฮิร์ซ วิศวกรจึงพยายามที่จะออกแบบเพื่อให้ความถี่ที่เกิดขึ้นนั้นอยู่ห่างไกลจากความถี่นี้จึงได้ออกแบบชิ้นงานเป็นแบบ Design_2 ซึ่งปรากฏว่าความถี่ธรรมชาติโหมดที่ 2 นี้ขยับออกไปจากเดิมไปที่ความถี่ 1425 เฮิร์ซ ซึ่งห่างจากความถี่การใช้งานที่ 750 เฮิร์ซ ตามที่ต้องการ
ซึ่งการใช้โมดูลการวิเคราะห์หางการสั่นแบบ Harmonic ใน SOLIDWORKS Simulation นี้สามารถที่จะทำนายการสั่นของชิ้นงานได้และสามารถนาข้อมูล Response Graph ของ Node ที่สนใจนั้นมาสร้างต่อเป็นกราฟ Gain Plot ได้อย่างง่ายดาย ซึ่งง่ายต่อการนำไปประยุกต์ใช้ในงานอื่นๆต่อไปได้
บทความโดย แอดโจ๊ก