振动系统中的阻尼元件是什么 振动 阻尼



振动系统在振动过程中总是会受到阻尼力的作用,这是振动系统的基本特性 。振动系统的阻尼问题是振动分析中最困难的问题之一 。
目前,关于振动系统的阻尼已建立了多种模型,一般将阻尼元件对于外激励的响应假定为其移动速度的函数,即阻尼元件产生的阻尼力为:

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阻尼力的质量通常可以忽略不计 。
1.粘性阻尼
与速度成正比的阻尼称为粘性阻尼(viscous damping),即
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式中的比例系数c称为阻尼系数,单位为N?S/m 。由上述定义可见,阻尼系数c是阻尼器产生单位速度时所需要施加的阻尼力 。
对于角振动,阻尼器为扭转阻尼器,阻尼为力矩,角振动粘性阻尼力矩与角速度成正比
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式中的比例系数c为角振动时的阻尼系数,单位为N?m?S/rad 。阻尼系数c为阻尼器产生单位角速度时所需要施加的阻尼力矩 。
粘性阻尼是一种线性阻尼(linear damping),该阻尼模型使得振动分析大为简化,在实际工程中得到广泛应用 。
在复杂系统的化简中,也涉及等效阻尼概念 。
我们通常把取代复杂系统中的整个阻尼元件组的等价效应的阻尼,称为等效阻尼(equivalent damping),等效阻尼的阻尼系数称为等效阻尼系数 。阻尼为耗能元件,因此可以利用原系统与简化系统阻尼耗能相等的原则,确定等效阻尼系数 。
2.非粘性阻尼
粘性阻尼是最简单的阻尼模型,可以满足相当多的工程振动问题 。但是在实际工程中,还有很多阻尼与粘性阻尼差别较大,对于这类阻尼问题不适于采用粘性阻尼模型 。为了满足这些问题的振动分析,人们又提出来非粘性阻尼模型 。
(1)库仑阻尼
库仑阻尼(coulomb damping)采用干摩擦模型,故又称为干摩擦阻尼,其模型如图所示 。当质量块在支撑表面运动时,质量块与支撑表面之间产生的库仑摩擦力,及库仑阻尼力 。在运动过程中,库仑摩擦力大小保持不变,其方向始终与质量块的运动速度方向相反 。故库仑摩擦力定义为:
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式中的比例系数μ为干摩擦系数,sgn为符号函数,定义为
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结构阻尼(structural damping)包括滑移阻尼和材料阻尼两个部分 。
结构阻尼通常由若干构件组成,在外力作用下结构必将发生变形,于是各个构件在连接区域发生相对滑动因而产生阻尼,称为结构的滑移阻尼 。
构件在外力反复作用下会因材料内部摩擦作用而产生阻碍其构件变形或运动的阻尼力,该类阻尼称为材料阻尼 。有材料力学实验知道,当对材料在弹塑性范围内反复加载-卸载,其应力-应变曲线变形会形成一个滞回曲线(如上右图),滞回曲线所围成的面积表示材料一个循环中单位体积所释放的能量,这个部分能量以热能的形式耗散掉,从而对结构的运动产生阻尼 。实验表面,对于大多数金属,材料阻尼在一个周期内所消耗的能量We与振幅的平方成正比,而在相当大的范围内与振动频率无关,即:
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式中,α为材料常数,Xm为振幅 。
(3)流体阻尼
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Z线性马达,空气阻尼
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线性马达内的磁流体阻尼
当物体以较大速度在粘性较小的流体(如空气、液体)中运动时,流体介质对运动物体产生的阻尼称为流体阻尼(fluid damping) 。实验表面,流体阻尼力Fn大小与其速度的平方成正比,而方向始终与运动速度方向相反,即:
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式中r为常数 。
【振动系统中的阻尼元件是什么 振动 阻尼】阻尼器为耗能元件,在振动过程中,阻尼器始终产生阻碍质量元件的运动,从而以做负功的形式消耗系统的能量 。