粘性阻尼

粘性阻尼，是指振動系統的運動受力大小與運動速度成正比而方向相反的阻力所引起的能量損耗。粘性阻尼發生在物體內振動而產生形變的過程中。物體振動時，部分振動能量損耗在物體所處的環境的阻力中，比如説振動物體受到空氣或水的阻力，並被轉換為熱能。在實際的振動系統中，除粘性阻尼外，還有結構阻尼（結構本身振動時其結構內部分子或原子之間的能量耗散引起的阻尼），幹阻尼（例如軸承內或零件接合處的摩擦作用）等其它能量損耗。但在振動很大的情況，粘性阻尼引起的損耗佔優勢，這時振動振幅按時間的幾何級數規律衰減。 ^[2]  在有些自動控制系統或機械系統，為了能有粘性摩擦或者阻尼，經常會用到阻尼器，阻尼器是一種產生粘性摩擦或阻尼的裝置。

粘性阻尼的作用主要有以下五個方面：

（1）阻尼有助於減少機械結構的共振振幅，從而避免結構因震動應力達到極限造成機構破壞；

（2）阻尼有助於機械系統受到瞬時衝擊後，很快恢復到穩定狀態；

（3）阻尼有助於減少因機械振動產生的聲輻射，降低機械性噪聲。許多機械構件，如交通運輸工具的殼體、鋸片的噪聲，主要是由振動引起的，採用阻尼能有效的抑制共振，從而降低噪聲；

（4）可以提高各類機牀、儀器等的加工精度、測量精度和工作精度。各類機器尤其是精密機牀，在動態環境下工作需要有較高的抗震性和動態穩定性，通過各種阻尼處理可以大大的提高其動態性能；

（5）阻尼有助於降低結構傳遞振動的能力。在機械系統的隔振結構設計中，合理地運用阻尼技術，可使隔振、減振的效果顯著提高。

結構阻尼是對振動結構所耗散的能量的測量，通常用振動一次的能量耗散率來表示結構阻尼的強弱。典型結構體系的真實阻尼特性是很複雜和難於確定的。近幾十年來，人們提出了多種阻尼理論假設，在眾多的阻尼理論假設中，用得較多的是兩種線性阻尼理論：粘滯阻尼理論和復阻尼理論（滯變阻尼理論）。

粘滯阻尼理論可導出簡單的運動方程形式，因此被廣泛應用。可是它有一個嚴重的缺點，即每週能量損失依賴於激勵頻率。這種依賴關係是與大量試驗結果不符的，試驗結果表明阻尼力和試驗頻率幾乎是無關的。因此，自然期望消除阻尼力對頻率的依賴。這可以用稱為滯變阻尼的形式代替粘滯阻尼來實現。滯變阻尼可定義為一種與速度同相而與位移成比例的阻尼力。在考慮阻尼時在彈性模量或剛度係數項前乘以復常數 即可，v為復阻尼係數。復阻尼理論對於一般的結構動力響應來説，計算過程非常複雜，因此，在動力響應分析中，復阻尼理論應用不多，本文限於篇幅，也就不再展開了。

粘滯阻尼理論假定阻尼力與運動速度成正比，通常是用不同頻率的阻尼比ζ來表徵系統的阻尼：

粘滯阻尼理論最顯著的特點在於其阻尼力是直接根據與相對速度成正比的關係給出的，不論是簡諧振動或是非簡諧振動，都可直接寫出系統的運動方程，而且均為線性微分方程，給理論分析帶來了很大的方便。

粘性阻尼抑制系統諧振

用粘性阻尼抑制機械系統的諧振，這在一般有關研究機械運動的文獻都有介紹。經典的振動理論認為，粘性阻尼的抑振效果是不容置疑的。

在大型精密跟蹤雷達的傳動系統中，由於其結構諧振頻率一般都比較低，常常限制了伺服系 統工作帶寬不能做寬。因此，希望在此傳動系統中增加機械阻尼機構，用粘性阻尼抑制系統 的諧振，保證系統工作的穩定性，達到改善伺服系統工作帶寬的目的。

造成粘性阻尼在不同系統中抑振效果不同的因素，主要來自兩個方面。其一是外部因素；其二是系統本身的內在因素。外部因素只能造成理論計算和實際應用之間的差別。內在因素才是造成理論研究出現差別的主要原因。這個所謂的內在因素，就是系統本身各個參數之間的比例關係。由振動理論分析可知，一個系統的參數配置情況，決定系統諧振時的振動形態-即振型。由於粘性耦合器的阻尼能否充分發揮作用與其主。從動件的運動狀態有關，阻尼的抑振效果直接與組合系統的振型有關。 ^[3] 

粘性阻尼在軟特性剛度隔衝系統中的作用

長期以來，一直認為對於持續時間很短的( 毫秒範圍內) 的衝擊, 阻尼對最大的結構響應沒有顯著的影響，因此隔衝系統通常都只是從剛度上進行設計。 隨着磁流變 / 電流變阻尼器等的出現，在衝擊隔離中使用阻尼或半主動阻尼逐漸成為研究的熱點。 但主要集中在地震防護等衝擊持續時間較長或只關心相對位移幅值的應用中。 而對於艦船設備這類，遭受持續時間很短( 十毫秒量級 ) 的衝擊， 但又對沖擊隔離效率和相對位移幅值都有嚴格要求的衝擊隔離問題，這方面的研究很少，通過對粘性阻尼在軟特性剛度隔衝系統中的作用的研究，表明阻尼可以改善軟特性剛度隔衝系統的隔衝性能， 但是，隨着剛度的軟特性的增強, 阻尼對隔衝性能的提升作用隨之下降。 ^[4]