• 阻尼

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    簡介

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    阻尼是振蕩系統內部或之上的一種影響,具有減少或防止其振蕩的作用。 在物理系統中,阻尼是由耗散振蕩中存儲的能量的過程產生的。 示例包括機械系統中的粘性阻力液體的粘性會阻礙振蕩系統,導致其減速;參見粘性阻尼)、電子振蕩器中的阻力以及光學振蕩器中的光吸收和散射。 不基于能量損失的阻尼在其他振蕩系統中可能很重要,例如那些發生在生物系統和自行車中的振蕩系統(例如懸架(力學))。 不要與摩擦力混淆,摩擦力是作用在系統上的耗散力。 摩擦會導致阻尼或成為阻尼的一個因素。

    阻尼比是描述系統中的振蕩在擾動后如何衰減的無量綱量度。 當許多系統從其靜態平衡位置受到干擾時,它們會表現出振蕩行為。 例如,懸掛在彈簧上的質量塊,如果被拉動和釋放,可能會上下彈跳。 在每次反彈時,系統往往會回到其平衡位置,但會超過平衡位置。 有時損失(例如摩擦)會使系統衰減,并可能導致振蕩的振幅逐漸衰減至零或衰減。 阻尼比是描述振蕩從一次反彈到下一次反彈衰減多快的量度。

    阻尼比是一個系統參數,由 ζ (zeta) 表示,它可以從無阻尼 (ζ = 0)、欠阻尼 (ζ < 1) 到臨界阻尼 (ζ = 1) 到過阻尼 (ζ > 1) 變化。

    振蕩系統的行為通常受到各種學科的關注,包括控制工程、化學工程、機械工程、結構工程電氣工程。 振蕩的物理量變化很大,可能是高樓在風中的搖擺,也可能是電動機速度,但歸一化或無量綱化的方法可以方便地描述行為的共同方面。

    振蕩情況

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    根據存在的阻尼量,系統會表現出不同的振蕩行為和速度。

    • 在彈簧-質量系統完全無損的情況下,質量會無限期地振蕩,每次反彈的高度都與最后一次相同。 這種假設情況稱為無阻尼。
    • 如果系統包含高損耗,例如,如果彈簧質量實驗是在粘性流體中進行的,則質量可以緩慢地返回到其靜止位置而不會過沖。 這種情況稱為過阻尼。
    • 通常,質量往往會超過其起始位置,然后返回,再次超過。 每次過沖都會耗散系統中的一些能量,并且振蕩趨于零。 這種情況稱為欠阻尼。
    • 在過阻尼和欠阻尼情況之間,存在一定程度的阻尼,在該阻尼下系統將不會過沖并且不會產生單一振蕩。 這種情況稱為臨界阻尼。 臨界阻尼和過阻尼之間的主要區別在于,在臨界阻尼下,系統會在最短時間內恢復平衡。

    阻尼正弦波

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    阻尼正弦波或阻尼正弦波是一種正弦函數,其幅度隨著時間的增加趨近于零。 它對應于阻尼二階系統的欠阻尼情況,或欠阻尼二階微分方程。阻尼正弦波在科學和工程中很常見,只要諧波振蕩器失去能量的速度快于提供能量的速度。真正的正弦波 starting at time = 0 從原點開始(振幅 = 0)。 由于與正弦波的相位差,余弦波從xxx值開始。 給定的正弦波形可能具有中間相位,具有正弦和余弦分量。 術語阻尼正弦波描述了所有此類阻尼波形,無論其初始相位如何。

    通常假定的最常見的阻尼形式是線性系統中的形式。 這種形式是指數阻尼,其中連續峰值的外包絡是指數衰減曲線。 也就是說,當您連接每條連續曲線的xxx值點時,結果類似于指數衰減函數。 指數阻尼正弦波的一般方程可以表示為: cos(\omega t-\phi )} 其中:

    阻尼系統

    • y ( t ) {\displaystyle y(t)} 為t時刻的瞬時振幅;
    • A {\displaystyle A} 是包絡的初始振幅;
    • λ {\displaystyle \lambda } 為衰減率,為自變量t時間單位的倒數;
    • ? {\displaystyle \phi } 是 t = 0 時的相位角;
    • ω {\displaystyle \omega } 是角頻率。

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    1. 簡介
    2. 振蕩情況
    3. 阻尼正弦波

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