淺析干摩擦引起的自激振動(dòng)

什么是自激振動(dòng)? 我們身邊會(huì)遇到這樣的振動(dòng)嗎?其實(shí),生活中就有很多聲音都是自激振動(dòng)產(chǎn)生的。

活中有許多因干摩擦產(chǎn)生的聲音,如弦樂(lè)器奏出的悅耳琴聲,不加潤(rùn)滑的物體相互摩擦發(fā)出的嘎吱噪聲(粉筆與黑板等),其發(fā)聲原理均為自激振動(dòng)。

自激振動(dòng)與周期激勵(lì)的受迫振動(dòng)相比,二者均為穩(wěn)定的周期振動(dòng)。自激振動(dòng)也是靠外界能量的驅(qū)動(dòng)形成,不同的是該驅(qū)動(dòng)能量恒定不變,外力本身不直接給系統(tǒng)提供周期性變化的能量,系統(tǒng)振動(dòng)能量的周期性變化是靠系統(tǒng)固有的自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制,把非振蕩性能量轉(zhuǎn)換為交變激振力的。

自激振動(dòng)是在單方向外力作用下產(chǎn)生的振動(dòng),它從振動(dòng)中不斷吸取能量,補(bǔ)償阻尼的消耗以維持系統(tǒng)作穩(wěn)定的等幅振動(dòng),由振動(dòng)本身產(chǎn)生的阻尼力非但不阻止振動(dòng),反而進(jìn)一步加劇該振動(dòng),因此自激振動(dòng)又稱為負(fù)阻尼振動(dòng)。油膜振蕩、卡門渦街都屬于自激振動(dòng)。

干摩擦引起的自激振動(dòng)可用下列物理模型來(lái)分析:

淺析干摩擦引起的自激振動(dòng)的圖1

傳送帶以恒定速度v0前進(jìn),與另一端固定的彈簧k 相連的物體m 受傳送帶靜摩擦力的帶動(dòng)向前移動(dòng);與此同時(shí),彈簧被拉伸以更大的力向后拉物體。當(dāng)彈簧拉力超過(guò)最大靜摩擦力時(shí),物體突然向后滑動(dòng)。于是彈簧縮短,向后拉力減小,直到傳送帶又能將它帶動(dòng)向前為止。如此周而復(fù)始,形成振蕩。在該振蕩過(guò)程中彈簧是逐漸伸張,突然松弛的,屬于張弛型振動(dòng)。

干摩擦引起的自激振動(dòng)的頻率由彈簧和質(zhì)量塊決定,與摩擦系數(shù)、滑動(dòng)速度無(wú)關(guān),但滑動(dòng)摩擦系數(shù)越大,振動(dòng)形態(tài)越接近簡(jiǎn)諧波,這也是弦樂(lè)器能發(fā)出優(yōu)美樂(lè)聲的物理原因。

來(lái)源:觀為監(jiān)測(cè)MHCC設(shè)備健康診斷中心公眾號(hào)(ID:MHCC-Guanwei)

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