
【化】 logarithmic decrement
對數衰減(Logarithmic Decrement)是振動系統中阻尼特性的重要量化指标,定義為相鄰兩個振幅峰值的自然對數比值。其數學表達式為:
$$ delta = lnleft(frac{xn}{x{n+1}}right) = frac{2pizeta}{sqrt{1-zeta}} $$
其中,$xn$和$x{n+1}$為連續振幅峰值,$zeta$為阻尼比。
在工程領域,對數衰減常用于機械振動、地震分析和電路系統阻尼計算。例如,土木工程師通過測量建築結構的對數衰減值評估其抗震性能。
漢英詞典對照:
參考來源:
對數衰減(Logarithmic Decrement)是振動系統中用于量化阻尼強度的參數,描述振幅隨時間的衰減速率。以下是詳細解釋:
對數衰減率(記作Δ)定義為相鄰兩個振動周期振幅比值的自然對數: $$ Δ = lnleft(frac{An}{A{n+1}}right) $$ 其中,( An ) 和 ( A{n+1} ) 是相隔一個周期的振幅峰值。
阻尼振動特性
在阻尼振動中,振幅按指數規律衰減(( A(t) = A_0 e^{-delta omega_n t} )),對數衰減率通過取自然對數将指數衰減線性化,便于直接觀察阻尼大小。
與阻尼比的關系
對數衰減率與阻尼比(δ)直接相關:
$$
Δ = frac{2pidelta}{sqrt{1-delta}}
$$
當阻尼較小時(δ≪1),可簡化為:
$$
Δ approx 2pidelta
$$
實驗測量阻尼
通過測量相鄰振幅的比值,計算Δ後反推阻尼比δ,用于機械系統(如橋梁、建築)的振動分析。
質量控制與故障診斷
監測機械部件的阻尼變化,判斷是否存在磨損或松動。
若某彈簧振子相鄰振幅為10cm和7cm,則: $$ Δ = lnleft(frac{10}{7}right) approx 0.357 $$ 進一步計算阻尼比: $$ delta approx frac{Δ}{2pi} approx 0.057 quad(即5.7%的臨界阻尼) $$
對數衰減通過簡潔的數學形式,将複雜的阻尼效應轉化為易處理的參數,是振動工程中的核心工具之一。
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