阻尼
阻尼 阻尼(英语:damping)是指任何振动系统在振动中,由于外界作用(如流体阻力、摩擦力等)和/或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性,以及此一特性的量化表征。 |
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# 一、材料阻尼 |
# 二、结构阻尼
三、流体阻尼
海洋结构物水动力学
海洋结构物水动力 主要是与结构物运动加速度成比例的惯性力或惯性力矩(inertial force/moment),与运动速度成比例的阻尼力或阻尼力矩(Damping force/moment),与运动位移大小成比例的恢复力或恢复力矩(restoring force/moment),波浪力或力矩,流作用力或力矩。此外,还有由不同自由度运动的耦合运动引起的水动力。
水下载体的水动力一般也分为两个部分:由载体运动加速度引起的非粘性水动力(惯性水动力);由载体运动速度或外部控制面引起的粘性水动力(阻尼水动力)。
当载体具有一定的恢复力矩时,无论阻尼力矩的大小为多少;
粘性阻尼
阻尼模型:在物理学和工程学上,阻尼的力学模型一般是一个与振动速度大小成正比,与振动速度方向相反的力,该模型称为粘性(或黏性)阻尼模型,是工程中应用最广泛的阻尼模型。粘性阻尼模型能较好地模拟空气、水等流体对振动的阻碍作用。
恢复力
- harmonic motion 简谐运动是最基本也最简单的机械振动。当某物体进行简谐运动时,物体所受的力跟位移成正比,并且总是指向平衡位置。它是一种由自身系统性质决定的周期性运动(如单摆运动 pendulum和弹簧spring振子运动)。实际上简谐振动就是正弦振动。
- inertial force/moment
- inertial force
- inertial moment
- Damping force/moment
- Damping force
- Damping moment
- restoring force/moment
- restoring force 回复力:使振动物体返回平衡位置并总指向平衡位置的力。
- restoring moment 复原力矩/稳性力矩:重力与浮力形成的力偶。 复原力矩:船舶动静稳性 回复力矩:船舶在外作用倾斜时,重力和浮力使船恢复正态所形成的力矩。 恢复力矩/火箭稳定力矩:当火箭在飞行中受到某种微小、短暂的扰动时,产生的有消除偏离、恢复初始平衡状态趋势的空气动力力矩。
四、电磁阻尼
https://baike.baidu.com/item/%E9%98%BB%E5%B0%BC/7558096?fr=aladdin
在流体力学中,指流体流过导管中所遇到的阻力。包括两种:(1)由于流体与器壁相摩擦而产生的阻力,称摩擦阻力;(2)流体在流动过程中由于方向改变或速度改变以及经过管件而产生的阻力,称局部阻力。但一般来说,流体阻力是摩擦阻力的一种。
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流体的粘性力就是流体之间的动摩擦力,流体不存在静摩擦力
计算圆柱体受到的表面张力是pi×d×∝(∝为水的表面张力系数)吗?
pi0.2m7.280x10-2N/m=4.57x10-2N=4.57g
水下阻力
9.7 粘性流体绕流物体的阻力(Drag of Round Flow) 9.7.1摩擦阻力和压差阻力(Friction Drag and Pressure Drag) 通过前面讨论可知,不可压缩粘性流体绕流物体流动时,物体表面的应力引起摩擦阻力;另外,由于边界层分离产生能量损失,使得沿曲壁面流动时,物体前后总压强不平衡而引起压差阻力,故不可压缩粘性流体绕流物体时会引起摩擦阻力和压差阻力两种阻力损失。 摩擦阻力是粘性直接作用的结果,当粘性流体绕流物体时,流体对物体表面有切向应力作用,由切向应力产生摩擦力,摩擦力可以将壁面切应力沿物体表面积分得到,如果边界层分离在某处发生,则该计算只能在分离点前进行;如果边界层从某处由层流转变为湍流,则应分为层流段和湍流段分别计算,然后再相加。 压差阻力是粘性间接作用的结果,例如粘性流体绕流圆柱体流动时,由于边界层在逆压强梯度流动区域发生分离,形成漩涡,消耗能量,使从分离点开始的圆柱体后部的流体压强和分离点的压强基本相同,而不能恢复到绕流前势流的压强,这样就形成了圆柱体前后的压强差,产生了压差阻力,而漩涡所携带的动能则在尾涡区中由漩涡内部的摩擦变成热量而耗散掉。可见,压差阻力受边界层分离的影响很大。压差阻力的大小与物体的形状密切相关,故又称形状压力。摩擦阻力和压差阻力之和即为粘性流体绕流物体的阻力,简称绕流阻力(drag of round flow)。 摩擦阻力和压差阻力均可表示为单位体积来流的动能〖〖ρV〗_∞^ 〗^2 与某一面积的乘积,再乘上一个阻力系数的形式即
式中:Cf和Cp分别为摩擦阻力系数和压差阻力系数;Af为切应力作用的面积;Ap为物体与流速方向垂直的绕流投影面积。 则绕流阻力为
式中:A与Ap一致;CD称为绕流阻力系数(coefficent of round flow),只与雷诺数有关。
9.7.2 减少粘性流体绕流物体阻力的措施(Ways to Prevent Drag) 虽然摩擦阻力和压差阻力都是由粘性引起的,但两种阻力形成的物理机制不同,因此减少这种阻力采取的措施也不同。 对摩擦阻力而言,由于层流边界层作用在物体表面上的切向应力要比湍流边界层小得多,为了减少摩擦阻力,应使绕流物体表面的层流边界尽可能长,即让层流边界层转变为湍流边界层的转折点尽可能往后推移,即控制边界层;另外,物面光滑或润湿较小也有利于减小摩擦阻力。 对压差阻力而言,则要尽量减少分离区,这可采用减小逆压强梯度的方法,即采用具有圆头尖尾细长外形的流线型物体,使分离位置尽量往后推移,一般流线型物体的阻力系数与非流线型物体相比要小一个数量级;另一方面,对于形状确定的非流线型物体,如前述圆球或圆柱体,则可采用人为增加表面粗糙度的方法,促使层流边界层较早地转变为湍流边界层,使分离点后移而减少压差阻力,虽然增加粗糙度会增大摩擦阻力,但分离点后移却大大地降低了压差阻力,这种方法对以压差阻力为主的非流线型物体非常有效,比如高尔夫球表面有意做得粗糙就是这个道理。 总之,当摩擦阻力和压差阻力这两种阻力同时存在时,首先分清哪种阻力起主导作用,从而抓住主要矛盾,有的放矢,重点减少起主要作用的阻力,取得事半功倍的效果。
水面舰船阻力的组成,每种阻力的成因。 船舶在水面航行时的阻力由裸船体阻力和附加阻力组成,其中附加阻力包括空气阻力、汹涛 阻力和附体阻力。
船体阻力的成因:船体在运动过程中兴起波浪,船首的波峰使首部压力增加,而船尾的波谷使尾部压力降低,产生了兴波阻力;由于水的粘性,在船体周围形成“边界层",从而使船体运动过程中受到摩擦阻力;在船体曲度骤变处,特别是较丰满船的尾部常会产生漩涡,引起船体前后压力不平衡而产生粘压阻力。
船舶阻力分类方法。 按产生阻力的物理现象分类:船体总阻力由兴波阻力、摩擦阻力和粘压阻力Rpv三者组成,即Rt=RW+Rf+Rpv。 按作用力的方向分类:分为由兴波和旋涡引起的垂直于船体表面压力和船体表面切向水质点的摩擦阻力,即Rt=Rf+Rp. 按流体性质分类:分为兴波阻力和粘性阻力(摩擦阻力和粘压阻力),即Rt=RW+RV. 傅汝德阻力分类:分为摩擦阻力和剩余阻力(粘压阻力和兴波阻力),即Rt=Rf+Rr.
粘压阻力的成因、基本特性,及船体粘压阻力的处理方法。 粘压阻力的成因:在实际流体中,由于粘性而形成边界层,水质点由于动能的消耗而产生压力差,出现边界层分离的现象,界层分离后产生的旋涡造成了船首尾压差,便产生了粘压阻力。 粘压阻力特性: 1. 船的后体收缩,沿曲面的流速变化较缓慢,粘压阻力减小。 2. 采用船首底升高的球鼻首,首部眦侧水流明显趋于水平方向流动,能明显改善阻力性能。 3. 层流的粘压阻力较紊流的情况大。 粘压阻力的处理方法:一种是将粘压阻力归并入兴波阻力而统称为剩余阻力,另一种是将粘压阻力以形状因子的形式与摩擦阻力联系在一起而统称为粘性阻力。
船舶设计时从降低船体粘压阻力出发,应该注意哪些方面? 应注意船的后体形 应避免船体曲率变化过大 前体线型应予适当注意应该注意的是压阻力中包含有粘压阻力和兴波阻力两类不同性质的力。兴波阻力既使在理想流体中仍然存在,而摩擦阻力和粘压阻力两者都是由于水的粘性而产生的,在理想流体中并不存在。