基础知识:临界阻尼
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2024-01-28 19:18:23
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任何一个振动系统,当阻尼增加到一定程度时,物体的运动是非周期性的,物体振动连一次都不能完成,只是慢慢地回到平衡位置就停止了。当阻力使振动物体刚好能不作周期性振动而又能最快地回到平衡位置的情况,称为“临界阻尼”。

临界阻尼

使机械振动能量耗散的作用,是组成机械系统的一个元素。例如,物体在其平衡位置附近作自由振动时,振幅总是随着时间增长而逐渐衰减,这表明有阻尼存在。

在机械系统中,多数阻尼以阻力形式出现,如两个物体表面的摩擦阻力,加入润滑剂后油膜的粘性阻力,物体在流体中运动受到的介质阻力等。此外,还有振荡电路中的电阻、材料和结构的内阻引起的结构阻尼等。

在机械系统中,线性粘性阻尼是最常用的一种阻尼模型。阻尼力的大小与运动质点的速度的大小成正比,方向相反,记作R=-CC 为粘性阻尼系数,其数值须由振动试验确定。由于线性系统数学求解简单,在工程上常将其他形式的阻尼按照它们在一个周期内能量损耗相等的原则,折算成等效粘性阻尼。物体的运动,随着系统阻尼系数的大小而改变。

临界阻尼系数

在一个自由度的振动系统中,Cc=2√(mK),称临界阻尼系数。

上式中,m 为质点的质量,K 为弹簧的刚度。实际的粘性阻尼系数C 与临界阻尼系数C 之比称为阻尼比ζζ<1称欠阻尼,物体作对数衰减振动;ζ>1称过阻尼,物体没有振动地缓慢返回平衡位置。

欠阻尼对系统的固有频率值影响甚小,但自由振动的振幅却衰减得很快。阻尼还能使受迫振动的振幅在共振区附近显著下降,在远离共振区阻尼对振幅则影响不大。新出现的大阻尼材料和挤压油膜轴承,有显著减振效果。

在某些情况下,粘性阻尼并不能充分反映机械系统中能量耗散的实际情况。因此,在研究机械振动时,还建立有迟滞阻尼、比例阻尼和非线性阻尼等模型。使机械振动能量耗散的作用,是组成机械系统的一个元素。

例如,物体在其平衡位置附近作自由振动时,振幅总是随着时间增长而逐渐衰减,这表明有阻尼存在。在机械系统中,多数阻尼以阻力形式出现,如两个物体表面的摩擦阻力,加入润滑剂后油膜的粘性阻力,物体在流体中运动受到的介质阻力等。此外,还有振荡电路中的电阻、材料和结构的内阻引起的结构阻尼等。

临界阻尼现象

振子自由振动在受到阻尼时,由于能量不守恒,振幅将不断减小而归于静止。若阻力与速度成正比,其运动微分方程可写作:

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基础知识:临界阻尼

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