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阻尼,是指任何振動系統(tǒng)在振動中,由于外界作用或系統(tǒng)本身固有的原因引起的振動幅度逐漸下降的特性,以及此一特性的量化表征。阻尼是一種能量耗散機制。根據(jù)不同類型阻尼的物理機制及具體的阻尼現(xiàn)象,或者為了數(shù)學計算的方便,物理學家和工程專家在實驗的基礎上,相繼建立了許多描述阻尼力的數(shù)學模型。在單自由度有阻尼體系運動方程的基礎上,用來描述阻尼常見的三種數(shù)學模型分別是粘性阻尼、遲滯阻尼和結(jié)構(gòu)阻尼。
粘性阻尼假定阻尼力與速度成正比,其阻尼力表示為F=-CV。方便地表達阻尼對頻率、共振等的影響,是應用的阻尼模型,通過將阻尼系數(shù)與結(jié)構(gòu)體系的質(zhì)量、剛度相,可以方便地構(gòu)造出具體的阻尼系數(shù),是目前zui常用的阻尼表達方法。粘性阻尼很好地描述了在粘性流體中運動所受到的阻尼作用。
遲滯阻尼又稱頻率相關阻尼,它與粘性阻尼系數(shù)C相對應的阻尼因子是h/θ,其阻尼力表示為F= (h/θ)×V,其中h為材料遲滯阻尼常數(shù);θ為振動頻率。砂子的阻尼特性可很好地用遲滯阻尼模型來描述。
結(jié)構(gòu)阻尼理論認為,在固體材料中,阻尼力獨立于應變速度,而與應變幅值有關。結(jié)構(gòu)阻尼能很好地描述固體材料的阻尼特性。
振動式物位計中的音叉液位開關在流體介質(zhì)中做單自由度的簡諧振動,其所受到的阻尼模型視為粘性阻尼模型。由牛頓第二定律,即F=ma,得到其阻尼體系運動方程為
其中介質(zhì)對音叉振動的阻尼力即為
C稱為阻尼系數(shù),單位為N.s/m,c與物體的形狀、尺寸及 介質(zhì)的性質(zhì)(如密度、溫度、壓力、粘度等)有關; 為振動速度V。事實上,介質(zhì)對振動的阻尼力的影響因素并不是單一的,可以肯定的是,阻尼力的大小和振動的速度、介質(zhì)密度、接觸面積都相關,此外,還與振動頻率及振幅有關聯(lián)。在流體介質(zhì)中,阻尼力大小還與粘度系數(shù)有關。在接觸面積逐漸增大時,振動速度和振幅都會衰減,阻尼系數(shù)c也會隨之減小,它是一個不斷變化的量。(深圳計為自動化技術有限公司研發(fā)部,2014年12月)
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