受迫振动的定义和应用是什么?

问题描述:

定义和应用
1个回答 分类:物理 2018-06-06

问题解答:

我来补答
自激振动:结构系统受到自身控制的激励作用时所引起的振动。 自由振动:定义1:激励或约束去除后出现的振动。定义2:引起振动的激励除去后,结构系统所保持的振动。自激振动系统为能把固定方向的运动变为往复运动(振动)的装置,它由三部分组成:①能源,用以供给自激振动中的能量消耗;②振动系统;③具有反馈特性的控制和调节系统。在振幅小的期间,振动能量可平均地得到补充;在振幅增大期间,耗散能量的组成,被包含在振动系统中,此时补充的能量与耗散的能量达到平衡而接近一定振幅的振动。心脏的搏动、颤抖、性周期等一些在生物中所看到的周期现象,有许多是自激振动。 自由振动:在外力使弹簧振子的小球和单摆的摆球偏离平衡位置后,它们就在系统内部的弹力或重力作用下振动起来,不再需要外力的推动,这种振动叫做自由振动。简单说自激振动初始状态为不动或只有些微的振动,由于外界驱动下可以自发的激励起来某个模式或多个模式,随着耗散和驱动而其中一个或几个模式增长,其他消亡。自激振动的频率一般就是自由振动频率,但是由于要维持振动就必须有能量的输入,一般说来自激振动是非线性过程。常见的自激振动如机械表、风吹过某腔体而发声等;自由振动指无外加驱动,当系统偏离平衡状态而引起的振动,这个例子很多,如钟摆拉离平衡点引起的摆动,扔块石子在水面后引起的水波自由振动等。 区别:一个有持续或多次能量馈入,有耗散,振动可维持,一般为非线性过程。一个可以称之为只有一次能量馈入,当有耗散时最终振动会停止,自由振动只是与系统自身相关,可能线性也可能非线性。自由振动和自激振动的本质区别在于,自由振动的激励来自外界,并且只在初始受激励;而自激振动的激励来自自身,并一直存在。受迫振动:线性阻尼系统对简谐性激励的长期响应。为了弥补阻尼造成的机械能损失,使振动持续下去,也可以采用其它方式的激励。自激振动就是一种在单方向(即非振动型)的激励作用下,振动系统的响应。自激振动在激励方式上是不同于受迫振动的。并且,由此导致了另外两个不同点:一是受迫振动的长期行为与初始状态无关,而自激振动的形成却依赖于初始振动的存在,因为若没有初始振动,也就没有可以反馈的信号,系统不能“起振”。二是,受迫振动中,系统对外界激励作出的响应就是“服从”,即受迫振动频率等于简谐性驱动力的频率(当受迫振动驱动力频率等于固有频率时,即发生共振),而自激振动的频率为系统自身的固有振动频率。常见的有琴弦的自激振动(提琴、胡琴),比如在拉胡琴过程中,可视琴弓为恒定的接触面,琴弦为相对琴弓不断跳滑而振动的弹性体,手的拉弓力为单向的外激励能源,弦在作出振动响应的同时提供了反馈信息,把持续性的能量输入调控成周期性地输入,使振动得以维持,呈现可控制的美妙乐声。无线电电路中的各种振荡器正是利用电学和磁学量的自激振动,也需要不断补充能量使得自激振动得以维持。流体的流动引起的自激振动也很多见,笛、笙等管乐器的发声、液固相互作用时(如水管内)突发的喘振,树梢或电线在狂风中呼啸,都是常见的例子。其中值得一讲的是输电线、烟囱等,在均匀气流激励下的自激振动过程。在雷诺数大约超过50以后,路过圆柱体的流动会产生卡门涡街(Karman Vortex Street),如图所示。均匀气流吹过圆柱形固体时,会在其背后的两侧轮流产生不对称的内卷涡旋。它们产生在柱体上部为顺时针,下部为逆时针转向。此种涡旋迭加在原来的均匀流速上。当涡旋在柱体下部形成时,柱体上层气流速度较下层为大。因空气动力学原因,风对柱体有一个向上的升力。反之,涡旋在柱体上部形成时,风对柱体产生一个向下的作用力,这种横向力使柱体产生横向加速度。因顺时针和逆时针的两种涡旋交替生成(即先在上方生成顺时针随后在下方生成逆时针,然后再在上方生成顺时针,以此类推),导致柱体发生横向的振动。实验研究表明,涡旋产生的频率f(1/T)、柱体直径D与均匀气流速度v之间的关系是f=0.22v/D(见庄表中、黄志强《振动分析基础》科学出版社,北京1985版P132。)
 
 
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