庫侖阻尼也稱乾摩擦阻尼，是一種工程上常見的阻尼。一方面，在許多結構中都實際存在著庫侖阻尼，例如葉輪葉片的根部，結合結構的聯接點上等等，並在系統受到衝擊作用時對機械性能的影響比較大;另一方面，庫侖阻尼比較容易得到，相應的阻尼元件成本比較低，可以用其做成各種類型的衝擊隔離器。可見，庫侖阻尼系統的衝擊回響問題是一個基礎問題。
基本介紹
- 中文名：庫侖阻尼
- 外文名：Coulomb damping
- 別名：乾摩擦阻尼
- 學科：物理學
- 類型：力學術語
- 來源：兩個相互摩擦的平面
簡介,特點,相關研究,庫侖阻尼的產生原理,庫侖阻尼對簡諧運動衰減的影響,動力吸振器中庫侖阻尼對吸振性能的影響,
簡介
庫侖阻尼也稱乾摩擦阻尼，是一種工程上常見的阻尼。一方面，在許多結構中都實際存在著庫侖阻尼，例如葉輪葉片的根部，結合結構的聯接點上等等，並在系統受到衝擊作用時對機械性能的影響比較大;另一方面，庫侖阻尼比較容易得到，相應的阻尼元件成本比較低，可以用其做成各種類型的衝擊隔離器。可見，庫侖阻尼系統的衝擊回響問題是一個基礎問題。
特點
（2）通過合理設計，庫侖阻尼的加入可有效地提高衝擊隔離器的抗沖性能。
庫侖阻尼的作用機理十分複雜，若要對其進行更為精確的分析，還需要考慮動、靜庫侖阻尼之間的差別，這是該理論需要進一步完善的地方，也是下一步研究的重點。
相關研究
Jacobsen最早研究了包含庫侖阻尼系統的衝擊回響問題，提出相平面法尤其適合於求解該類間題。Balandin討論了基礎和質量塊基於庫侖阻尼聯接時的衝擊回響，得到了基礎衝擊和質量塊最大位移之間的規律。Bolotnik研究了由線性彈簧和庫侖阻尼器組成的衝擊隔離器的衝擊隔離能力，發現當剛度為零時可以實現極限衝擊隔離能力，但隔離器不能夠回復到初始狀態，因而不具備多次衝擊隔離性能。楊平提出了一種改良的諧波平衡法，用其對庫侖阻尼的符號函式進行處理，得到了其非線性抗衝擊回響特性。此外，一些學者還對庫侖阻尼套用於衝擊隔離上進行了工程套用研究。這些研究深化了對庫侖阻尼作用的認識，奠定了庫侖衝擊回響理論的良好基礎。但總體而言，到目前為止，對庫侖阻尼系統的衝擊回響的研究並不多。另外，為了簡化問題，上述研究或不考慮庫侖阻尼的粘滯作用，或將衝擊激勵等效為速度階躍。
從理論上講，忽視粘滯作用或進行速度階躍等效會使結果產生誤差。庫侖阻尼具有粘滯作用，而衝擊系統的初始狀態多為靜止，即速度為零，系統受衝擊作用後必定有一段時間處於粘結狀態，不考慮粘滯作用會對結果產生影響;速度階躍等效法使系統一開始就得到一初始速度，從而跨過了粘滯狀態，應該也會影響到計算結果。事實也表明，由於粘滯特性，庫侖阻尼可能會使系統鎖死。因此，研究庫侖阻尼粘滯作用及速度階躍等效對計算結果的影響，分析庫侖阻尼系統的衝擊回響特點，具有重要的理論與套用價值。
庫侖阻尼的產生原理
庫侖阻尼來源於兩個相互摩擦的平面。庫侖阻尼的大小等於相互摩擦的兩個平面上的正壓力乘以其摩擦係數。一旦兩個平面有了相對運動，庫侖阻尼與摩擦平面的相對速度無關，即阻尼力和運動質量塊的速度無關。庫侖阻尼力的方向與物體運動的方向相反。
計算公式為：
式中，μ為摩擦係數；N為正壓力；sgn(v)=v/|v|，表示速度v的符號。
庫侖阻尼對簡諧運動衰減的影響
在庫侖阻尼的作用下，簡諧運動的運動如圖所示。和粘性阻尼(阻尼力的大小和質量運動的速度成正比)不同，庫侖阻尼使簡諧運動的振幅以線性的形式衰減，當系統的能量不足以克服阻尼力的時候，系統將停止運動。
庫侖阻尼對簡諧運動衰減的影響
庫侖阻尼對簡諧運動衰減的影響動力吸振器中庫侖阻尼對吸振性能的影響
振動問題普遍存在於工業生產和工程的各個領域，許多儀器設備、大型科學裝置對振動環境的要求日益苛刻，所以振動控制有其必要性和迫切性。按照抑制振動的手段，振動控制的方法分為5種：消振、隔振、吸振、阻振和結構修改。調諧質量阻尼器(TMD)是吸振器的一種，它由於結構簡單、成本低廉、性能可靠而得到了廣泛的套用。TMD結構套用的思想最早是在1909年Frahm提出的，D Hartog最早研究了吸振器的理論，提出了吸振器的基本原理和確定基本參數的過程，TMD有效頻寬小，對頻率失調與最優阻尼比波動敏感。在TMD中加人阻尼器有助於改善這一缺陷，但已有的研究主要考慮線性阻尼對TMD吸振性能的影響，未考慮庫侖阻尼對TMD吸振性能的影響。張濤等在動力吸振器中考慮了庫侖阻尼，用MATLAB軟體的Simulink模組對非線性吸振器進行了數字仿真，研究了庫侖阻尼與線性阻尼的等效性以及庫侖阻尼對動力吸振器吸振性能的影響，可為雷射原型裝置中關鍵單元的設計提供參考。
結果表明:具有庫侖阻尼的非線性吸振器對微小的激勵力沒有吸振作用，庫侖阻尼凍結了附加質量塊的自由度，庫侖阻尼與線性阻尼都完全失去耗散能量的作用，因此在精密振動控制中的吸振器應當避免庫侖阻尼;激勵力較大時，庫侖阻尼不能有效地耗散能量，非線性吸振器對特定振幅的激勵力才有較好的吸振效果;在外界激勵力變化較小的情況下，庫侖阻尼與線性阻尼有著同樣的耗能效果，在一定條件下可以部分代替線性阻尼;白噪聲激勵下，選擇合適的庫侖阻尼可以獲得更好的吸振效果。
