Search
Close this search box.

|

Search
Close this search box.

|

เทคโนโลยีวิเคราะห์แรงสั่นสะเทือน: วิทยาการเบื้องหลังการรับมือกับแผ่นดินไหว

Vibration Analysis Helps Engineering Prepare for Earthquakes

ทุกครั้งที่เกิดเหตุแผ่นดินไหว เรามักได้ยินข่าวของการสูญเสีย ทั้งชีวิต ทรัพย์สิน และโครงสร้างพื้นฐานอันสำคัญยิ่งของการดำรงชีวิต เหตุการณ์เหล่านี้ไม่เพียงแต่สะท้อนถึงพลังของธรรมชาติที่เหนือการควบคุม หากยังเตือนให้เราตระหนักถึงความสำคัญของการเตรียมความพร้อม และออกแบบระบบที่สามารถรับมือกับภัยพิบัติได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ด้วยเหตุนี้ การออกแบบอาคารที่สามารถต้านทานแรงแผ่นดินไหว หรือ Earthquake-proof buildings จึงเป็นหัวใจสำคัญในการลดความสูญเสียและเพิ่มความปลอดภัยให้กับผู้คนในพื้นที่เสี่ยงภัย

บทความนี้จะกล่าวถึงลักษณะของแรงสั่นสะเทือนที่ส่งผลต่อโครงสร้างอาคาร และแนวทางในการออกแบบสิ่งปลูกสร้างให้มีความสามารถในการต้านทานแรงเหล่านี้อย่างมีประสิทธิภาพ


โดยทั่วไป การสั่นสะเทือนของระบบสามารถเกิดขึ้นได้จากการที่มีแรงมากระทำหรือมีการกระตุ้นโดยตรงกับตัวระบบ เช่น การเคาะ การกระแทก หรือแรงจากเครื่องจักร แต่ในกรณีของปรากฎการณ์แผ่นดินไหวนั้น การสั่นสะเทือนเกิดจากการเคลื่อนที่ของฐาน (Base) ที่ตัวระบบติดตั้งอยู่ ซึ่งเราเรียกพฤติกรรมแบบนี้ว่า Base Excitation เป็นหนึ่งในการศึกษาการสั่นสะเทือนหรือ Vibration analysis ของโครงสร้างนั่นเอง

เมื่อเกิดปรากฎการณ์ทางธรรมชาติอย่างแผ่นดินไหว จะมีคลื่นไหวสะเทือน หรือ Seismic wave เกิดขึ้น ซึ่งเจ้าคลื่นเหล่านี้สามารถกระจายไปได้ทั้งภายในและไปตามผิวโลก หากคลื่นเหล่านี้เดินทางมาเจอกับฐานรากของตัวอาคารหรือสิ่งปลูกสร้าง ก็จะทำหน้าที่เสมือนเป็นแรงกระตุ้นในแนวราบแก่ระบบนั่นเอง

โดยทั่วไปแล้ว สิ่งปลูกสร้าง มักถูกออกแบบให้รองรับแรงในแนวดิ่ง หรือแรงที่เกิดจากน้ำหนักของตัวอาคาร อย่างไรก็ตาม คลื่นไหวสะเทือนจากแผ่นดินไหวที่สร้างแรงในแนวราบหรือแรงด้านข้าง ซึ่งเป็นแรงที่อาคารส่วนใหญ่ไม่ถูกออกแบบให้รองรับ โดยเฉพาะในโครงสร้างเก่า ส่งผลให้เกิดความเสียหาย ตั้งแต่รอยร้าวเล็กน้อยจนถึงการพังถล่ม


เมื่อโครงสร้างหรือระบบวิศวกรรมต้องเผชิญกับแรงสั่นสะเทือนที่มาจาก “ฐาน” สิ่งสำคัญที่ช่วยลดผลกระทบจากแรงสั่นเหล่านี้คือ

Damping คือกระบวนการที่พลังงานจากแรงสั่นสะเทือนถูกดูดซับหรือสลายไปจากระบบ โดยอาศัยแรงต้านซึ่งมีลักษณะตรงข้ามกับการเคลื่อนไหวของระบบ หากไม่มี Damping โครงสร้างจะสั่นต่อเนื่อง ยิ่งถ้าเกิด “แรงกระตุ้นต่อเนื่องในจังหวะพ้อง” (resonance) ก็อาจทำให้โครงสร้างเสียหายถึงขั้นพังทลายได้

ตัวอย่าง Damping ที่พบในอาคารสูง มักถูกเรียกว่า 𝗣𝗲𝗻𝗱𝘂𝗹𝘂𝗺 𝗧𝗼𝘄𝗲𝗿 โดยหลักการหรือหัวใจของ Pendulum Tower คือการใช้ ลูกตุ้มขนาดใหญ่ที่ถูกแขวนไว้ภายในอาคาร ที่สามารถเคลื่อนไหวได้อิสระในทิศทางตรงข้ามเพื่อลดความรุนแรงในการสั่น

https://www.re-thinkingthefuture.com/architectural-community/a11350-lessons-learned-from-japans-earthquakes/#google_vignette

อย่างเช่นตึกไทเป 101 ที่มีลูกตุ้มดังกล่าวที่หนักกว่า 660 ตัน ติดตั้งไว้เหนือพื้นดินที่ระดับความสูง 1,000 ฟุต ที่ทำให้การแกว่งมีความรุนแรงลดลงกว่า 40% จากเหตุการณ์แผ่นดินไหว


นอกเหนือจากการใช้ระบบ Damping ช่วยในการหน่วงการสั่นสะเทือนเนื่องจากแผ่นดินไหวแล้วนั้น ยังมีอีก 1 วิธีการที่วิศวกรประยุกต์ใช้ การศึกษาแรงสั่นสะเทือนในการลดความเสียหายจากแผ่นดินไหวได้ นั่นคือ วิธีการควบคุมการสั่นสะเทือนแบบ

เมื่อเกิดแผ่นดินไหว อาคารที่มีฐานรากถาวรจะได้รับแรงสั่นสะเทือนจากพื้นดินโดยตรง แรงสั่นสะเทือนเหล่านี้จะถูกถ่ายจากพื้นดินเข้าสู่โครงสร้างของอาคาร ทำให้อาคารเคลื่อนที่ตามแรงที่มากระทำ อย่างไรก็ตามตัวอาคารไม่ได้เคลื่อนที่ไปพร้อมกับพื้นดินในทันที แต่จะเกิดการ “เคลื่อนตัวในทิศทางตรงข้าม” ซึ่งเป็นผลมาจากแรงเฉื่อย (Inertia) ที่ต่อต้านการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ ซึ่งทำให้เกิด การเสียรูป (Deformation) ของโครงสร้าง หากการเสียรูปนี้เกินกว่าขีดจำกัดที่โครงสร้างสามารถรับได้ โครงสร้างก็จะเกิดความเสียหาย (Structural Failure)

โดยทั่วไป ความเสียหายที่รุนแรงมักเริ่มต้นที่ ชั้นล่างสุด หรือ ชั้นฐาน เนื่องจากน้ำหนักหรือมวลส่วนใหญ่ของอาคารจะอยู่เหนือขึ้นไป และแรงเฉื่อยจากมวลนั้นจะถ่ายลงมายังชั้นล่างอย่างรุนแรง หากไม่มีการออกแบบรองรับที่ดีเพียงพอ ชั้นล่างจึงมีโอกาสเสียหายหรือล้มพังมากที่สุด

https://www.thk.com/sg/en/journal/products/article-19072023-1.html

ยกตัวอย่างนวัตกรรมของบริษัท ชินวะ เรียลเอสเตท ที่มีชื่อเสียงด้านเทคโนโลยีการก่อสร้าง ที่ใช้หลักการเดียวกันนี้และรับมือแผ่นดินไหวได้สูงสุดถึง 9 ริกเตอร์โดยที่อาคารสั่นไหวเพียงเล็กน้อยนั่นเอง


การศึกษาเรื่องแรงสั่นสะเทือน (Vibration Analysis) มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในด้านวิศวกรรม และมีความเกี่ยวข้องอย่างลึกซึ้งกับโครงสร้างและอุปกรณ์ในชีวิตประจำวันอื่นๆด้วย เช่น รถยนต์ เครื่องจักร หรือแม้แต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก แรงสั่นสะเทือนที่ไม่ได้รับการควบคุมอย่างเหมาะสมอาจก่อให้เกิดปัญหาตั้งแต่ความไม่สะดวกสบายในการใช้งาน ไปจนถึงความเสียหายเชิงโครงสร้างและอุบัติเหตุร้ายแรง ดังนั้นการเข้าใจธรรมชาติของแรงสั่น ตลอดจนการวิเคราะห์และออกแบบระบบที่สามารถลดหรือควบคุมแรงเหล่านั้น จึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งในการพัฒนาเทคโนโลยีและโครงสร้างที่ปลอดภัย แข็งแรง และยั่งยืนในระยะยาว

เพื่อให้การวิเคราะห์แรงสั่นสะเทือนและพฤติกรรมของโครงสร้างเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด นักวิศวกรรมอาจพิจารณาเลือกใช้เครื่องมือวิเคราะห์ทางโครงสร้างที่มีความแม่นยำและทรงพลัง หนึ่งในโซลูชันที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในประเทศญี่ปุ่นคือ ADVENTURECluster ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มการวิเคราะห์เชิงโครงสร้างด้วยเทคนิค Finite Element Analysis (FEA) ที่พัฒนาขึ้นเพื่อรองรับการคำนวณขนาดใหญ่ด้วยความเร็วสูง

การผสานระหว่างความเข้าใจด้านแรงสั่นสะเทือนกับการใช้เครื่องมือวิเคราะห์ที่ล้ำสมัยอย่าง ADVENTURECluster คือก้าวสำคัญในการพัฒนาโครงสร้างที่ทั้งปลอดภัย ยั่งยืน และตอบโจทย์ความท้าทายของวิศวกรรมยุคใหม่ได้อย่างแท้จริง

Auto Vibration

ขอขอบคุณ SCSK Corporation สำหรับความเอื้อเฟื้อในโมเดลการวิเคราะห์การสั่นในรถยนต์ไฟฟ้า


หากคุณสนใจเรียนรู้การออกแบบเพื่อแก้ปัญหาการสั่นสะเทือน Dentsu Soken Thailand เราพร้อมให้คำปรึกษา ติดต่อเราเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมได้ที่:

📞 Tel: +66 (2) 632-9112
📧 Email: sales_th@th.dentsusoken.com
🌐 Website: www.th.dentsusoken.com
🟢 Line Official: https://bit.ly/DentsuSokenThailand-Line
🔵 Facebook: www.facebook.com/dentsu.soken.thailand
🔵 LinkedIn: www.linkedin.com/company/dentsu-soken-thailand-limited
🔴 YouTube: www.youtube.com/@Dentsu-Soken-Thailand


👨🏻‍💻 เขียนและวิเคราะห์บทความโดย: 

นิธิกิตติ์ ธนธีรารังสรรค์

Manufacturing Dept. Team Leader 

ผู้เชี่ยวชาญและผู้ฝึกสอนโซลูชั่น CAE ที่มีประสบการณ์ในการวิเคราะห์และออกแบบอากาศพลศาสตร์ของอากาศยานไร้คนขับแบบไฟฟ้าและพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยเทคนิคพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) การวิเคราะห์และออกแบบกลไกกระเป๋าใส่เครดิตการ์ดแบบพกพา การวิเคราะห์สาเหตุการหยุดทำงานเนื่องจากปัจจัยความร้อนของ Outdoor Unit ในอุตสาหกรรมเครื่องปรับอากาศ การวิเคราะห์การสูญเสียแรงดันในท่ออากาศ และอื่นๆ

Connect Author’s LinkedIn : www.linkedin.com/in/nithikitt

RELATED ARTICLE

Toothless with Simcenter 3D
เพราะอะไร ‘เขี้ยวกุด’ ถึงบินไม่ได้? เจาะหลักวิศวกรรมการบินผ่านมังกร Night Fury
READ FULL
IPS Cable Simulation
การออกแบบด้าน Mechanical และการใช้งาน Cable และ Wire Harness ในรถยนต์ไฟฟ้า
READ FULL
DX Tools Webinar by Dentsu Soken Thailand and Denso
[Webinar] DX Tool For Productivity and Quality Improvement
READ FULL

เราใช้คุกกี้เพื่อพัฒนาประสิทธิภาพ และประสบการณ์ที่ดีในการใช้เว็บไซต์ของคุณ คุณสามารถศึกษารายละเอียดได้ที่ นโยบายความเป็นส่วนตัว และสามารถจัดการความเป็นส่วนตัวเองได้ของคุณได้เองโดยคลิกที่ ตั้งค่า

ตั้งค่าความเป็นส่วนตัว

คุณสามารถเลือกการตั้งค่าคุกกี้โดยเปิด/ปิด คุกกี้ในแต่ละประเภทได้ตามความต้องการ ยกเว้น คุกกี้ที่จำเป็น

ยอมรับทั้งหมด
จัดการความเป็นส่วนตัว
  • เปิดใช้งานตลอด

บันทึกการตั้งค่า

MEET THE EXPERT

Contact our experts for more information about our solutions.