浅析干摩擦引起的自激振动

什么是自激振动? 我们身边会遇到这样的振动吗?其实,生活中就有很多声音都是自激振动产生的。

活中有许多因干摩擦产生的声音,如弦乐器奏出的悦耳琴声,不加润滑的物体相互摩擦发出的嘎吱噪声(粉笔与黑板等),其发声原理均为自激振动。

自激振动与周期激励的受迫振动相比,二者均为稳定的周期振动。自激振动也是靠外界能量的驱动形成,不同的是该驱动能量恒定不变,外力本身不直接给系统提供周期性变化的能量,系统振动能量的周期性变化是靠系统固有的自动调节机制,把非振荡性能量转换为交变激振力的。

自激振动是在单方向外力作用下产生的振动,它从振动中不断吸取能量,补偿阻尼的消耗以维持系统作稳定的等幅振动,由振动本身产生的阻尼力非但不阻止振动,反而进一步加剧该振动,因此自激振动又称为负阻尼振动。油膜振荡、卡门涡街都属于自激振动。

干摩擦引起的自激振动可用下列物理模型来分析:

浅析干摩擦引起的自激振动的图1

传送带以恒定速度v0前进,与另一端固定的弹簧k 相连的物体m 受传送带静摩擦力的带动向前移动;与此同时,弹簧被拉伸以更大的力向后拉物体。当弹簧拉力超过最大静摩擦力时,物体突然向后滑动。于是弹簧缩短,向后拉力减小,直到传送带又能将它带动向前为止。如此周而复始,形成振荡。在该振荡过程中弹簧是逐渐伸张,突然松弛的,属于张弛型振动。

干摩擦引起的自激振动的频率由弹簧和质量块决定,与摩擦系数、滑动速度无关,但滑动摩擦系数越大,振动形态越接近简谐波,这也是弦乐器能发出优美乐声的物理原因。

来源:观为监测MHCC设备健康诊断中心公众号(ID:MHCC-Guanwei)

自激振动

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