阻尼振動實驗裝置

A. 三線擺在擺動中受空氣阻尼，振幅越來越小，它的周期是否會變化對測量結果影響大嗎為什麼

周期來減小，但對測量結果源影響不大，因為本實驗測量的周期比較短。

由於空氣阻尼的作用，系統機械能將減小，而成為一個和時間相關的函數，在推導中對實驗原理中方程兩邊求導時右邊將多出一項，而且這一項是負的，分析表達式知道角加速度（負值）的絕對值將更大，意味著角速度將更大，周期變小。

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轉動慣量在旋轉動力學中的角色相當於線性動力學中的質量，可形式地理解為一個物體對於旋轉運動的慣性，用於建立角動量、角速度、力矩和角加速度等數個量之間的關系。

實際情況下，不規則剛體的轉動慣量往往難以精確計算，需要通過實驗測定。測定剛體轉動慣量的方法很多，常用的有三線擺、扭擺、復擺等。

三線擺是通過扭轉運動測定物體的轉動慣量，其特點是物理圖像清楚、操作簡便易行、適合各種形狀的物體，如機械零件、電機轉子、槍炮彈丸、電風扇的風葉等的轉動慣量都可用三線擺測定。這種實驗方法在理論和技術上有一定的實際意義。

B. 什麼是阻尼效果什麼是自由振盪

阻尼
開放分類： 物理名詞
zǔní
在電學中，差不多就是響應時間的意思。
在機械物理學中，系統的能量的減小——阻尼振動不都是因「阻力」引起的，就機械振動而言，一種是因摩擦阻力生熱，使系統的機械能減小，轉化為內能，這種阻尼叫摩擦阻尼；另一種是系統引起周圍質點的震動，使系統的能量逐漸向四周輻射出去，變為波的能量，這種阻尼叫輻射阻尼。
摩擦的需要穩定的時間！指針萬用表表針穩定住的時間！
在機械繫統中，線性粘性阻尼是最常用的一種阻尼模型。阻尼力R的大小與運動質點的速度的大小成正比，方向相反，記作R=-C，C為粘性阻尼系數，其數值須由振動試驗確定。由於線性系統數學求解簡單，在工程上常將其他形式的阻尼按照它們在一個周期內能量損耗相等的原則，折算成等效粘性阻尼。物體的運動隨著系統阻尼系數的大小而改變。如在一個自由度的振動系統中，[973-01],稱臨界阻尼系數。式中為質點的質量,K為彈簧的剛度。實際的粘性阻尼系數C 與臨界阻尼系數C之比稱為阻尼比。＜1稱欠阻尼,物體作對數衰減振動；＞1稱過阻尼，物體沒有振動地緩慢返回平衡位置。欠阻尼對系統的固有頻率值影響甚小，但自由振動的振幅卻衰減得很快。阻尼還能使受迫振動的振幅在共振區附近顯著下降，在遠離共振區阻尼對振幅則影響不大。新出現的大阻尼材料和擠壓油膜軸承，有顯著減振效果。
在某些情況下，粘性阻尼並不能充分反映機械繫統中能量耗散的實際情況。因此，在研究機械振動時，還建立有遲滯阻尼、比例阻尼和非線性阻尼等模型。
阻尼系數定義
阻尼系數：是指放大器的額定負載(揚聲器)阻抗與功率放大器實際阻抗的比值。阻尼系數大表示功率放大器的輸出電阻小，阻尼系數是放大器在信號消失後控制揚聲器錐體運動的能力。具有高阻尼系數的放大器，對於揚聲器更象一個短路，在信號終止時能減小其振動。 功率放大器的輸出阻抗會直接影響揚聲器系統的低頻Q值，從而影響系統的低頻特性。揚聲器系統的Q值不宜過高，一般在0．5～l范圍內較好，功率放大器的輸出阻抗是使低頻Q值上升的因素，所以一般希望功率放大器的輸出阻抗小、阻尼系數大為好。阻尼系數一般在幾十到幾百之間，優質專業功率放大器的阻尼系數可高達200以上。
一個二階以及二階以上的系統，在系統運動過程中系統的內在能量的消耗有兩種情況：
1.系統能量保持不變；
2.系統能量逐漸減少；
阻尼系數就是表徵能量減少這一特性的。
阻尼系數解析
阻尼系數是擴音機的規格之一,它直接影響擴音機對喇叭的操控性。一般擴音機所提供的阻尼系數數據,都只公布某一個頻段的阻尼系數。
阻尼系數不是越高越好。
喇叭與擴音機之間的關系錯綜復雜，功率與靈敏度的配搭方式只是一個基本，而電流與喇叭之間更是無可捉摸，不能單從規格表上可以判斷出來，只能憑經驗和用耳去聽。除了電流捉摸不到之外，還有一樣就是阻尼系數（Damping Factor）。
阻尼系數是擴音機的規格之一，它直接影響擴音機對喇叭的操控性。一般擴音機所提供的阻尼系數數據，都只公布某一個頻段的阻尼系數。
但事實大多數擴音機的阻尼系數，在不同頻段時都會改變，故所提供的數據也只能作為一個大約指示。有些喇叭需要高的阻尼系數去控制單元的動作，如果配上阻尼不足的擴音機，單元會有失控的情況，出現多餘的諧震及音訊損失。
反過來說，如果一對不需高阻尼的喇叭配上高阻尼擴音機，單元由於受到高阻尼的控制，聲音會變死實實，音尾會極短。不當的阻尼配搭，會令到一對十分優良的喇叭，變成比鴨寮街出品也不如。
喇叭和擴音機的關系千變萬化，切忌一本通書睇到老，雖然有一定的法則，但都要有心理准備，隨時有意外的驚喜發生，所以要客觀去對待兩者之間的配搭。
想知道某擴音機配某喇叭是否合拍，除了問有豐富經驗的朋友之外，最好是自己去聽多一些不同的組合配搭。
阻尼系數匹配
阻尼系數KD定義為：KD=功放額定輸出阻抗（等於音箱額定阻抗）/功放輸出內阻。由於功放、輸出內阻實際上已成為音箱的電阻尼器件，KD值便決定了音箱所受的電阻尼量。KD值越大，電阻尼越重。功放的KD值並不是越大越好，KD值過大會使音箱電阻尼過重，以至使脈沖前沿建立時間增長，降低瞬態響應指標。因此在選取功放時不應片面追求大的KD值。作為家用高保真功放，阻尼系靈敏有一個經驗值可供參考；晶體管功放KD值大於或等於40，電子管功放KD值大於或等於6。保證放音的穩態特性與瞬態特性良好的基本條件，應注意音箱的等效力學品質因素（Qm）與放大器阻尼系數（KD）的配合，這種配合需將音箱的饋線作音響系統整體的一部分來考慮。音箱饋線的功率損失小0.5dB(約12%)即可達到這種配合。
一般來說，線越粗越好，最好是雙線分音，但是要求音箱是有雙線分音的分頻器，一般中高檔的都有4個接線座，上下的2個負極是獨立的，不連接在一起的，連接在一起的是假冒的。
在老燒友中，有一個不成文的認同，就是功放的價格應該至少是音箱價格的1.5-2倍，越是高檔的產品這個比例就越高。換句話說，在配套上，寧可「大馬拉小車」，不可「小馬拉大車」。這是因為往往越是高檔的音箱，一個只能發揮70%水平的高檔產品，往往反不如一個發揮100%的低檔產品。不過放到多媒體產品上，情況就倒了過來，越是高檔的產品，其功放占整套產品成本的比例往往越低。有些產品幾乎要用4000元檔次的功放推其裸箱，才能將單元的水平發揮個八九不離十，但配的僅僅是個最多值100元的功放。有些多媒體發燒友還往往看好這些產品，其實，如果不考慮摩機的話（當然，對於摩機來說，這樣的產品是最佳的，因為摩電路是可行的，摩單元，對大多數人是完全不可行的），這樣的產品不管在實際發揮的效果上，還是作為商品的設計上（特別是這一點），都是不理想也不合理的。說到底，還是文章的主旨——合理搭配，在功放上下功夫，用差單元當然是不好的，但反過來，將成本全花在單元上，配一個僅僅是剛剛能用的功放同樣是不可行的。單元雖然是多媒體音箱最重要的部件，但決不是單元好就是好箱子。
力學阻尼系數
1．阻尼模型
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。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）。
復阻尼理論認為結構具有復剛度，在考慮阻尼時在彈性模量或剛度系數項前乘以復常數 即可，v為復阻尼系數。復阻尼理論對於一般的結構動力響應來說，計算過程非常復雜，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系給出的，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。
在多自由度系統中採用等效粘滯模態阻尼，阻尼力向量的表達式為
若〔C」可以通過模態向量正交化為對角矩陣時，則稱為正交阻尼或比例阻尼。反之，則稱之為非正交阻尼。正交阻尼原則上適用於阻尼特性分布比較均勻的工程結構，但由於其使用方便，分析人員對大部分橋梁都傾向於使用正交阻尼，非正交阻尼因為計算較為麻煩用得較少。
Rayleigh阻尼模型是廣泛採用的一種正交阻尼模型，其數學表達式如下：
C＝a0M＋a1K （2）
式中， a0和a1稱為Rayleigh阻尼常數。
在Rayleigh阻尼模型下，各階阻尼比可表示為
式中ζi稱為第i階振型的模態阻尼比，因此若已知任意兩階振型的阻尼比ζi和ζj，則可定出阻尼常數
確定了a0和al之後，即可確定出各階振型的模態阻尼比，並確定阻尼矩陣。
2．實際抗震分析中由於阻尼選取不同所產生的問題
目前，橋梁地震反應分析一般以直接積分的時程分析方法為主。其阻尼模型取Rayleigh阻尼模型，並以主塔或主梁的兩個較低階振型頻率ωi和ωj對應的阻尼比作為ζi和ζj，接式（3）和式(4) 求出其餘各階頻率的阻尼比，並求出阻尼矩陣代人動力方程，用直接積分的方法求解動力方程。這樣處理阻尼雖然非常簡單，但也產生了以下兩個不可忽視的問題：
（1）如前所述，Rayleigh阻尼作為一種正交阻尼，適用於阻尼特性分布非常均勻的工程結構。但是大跨橋梁一般來說都不能算作非常均勻的結構。例如，為了提高橋梁的跨越能力，主梁一般採用鋼箱梁或鋼混疊合梁，而主塔和邊墩則採用鋼筋混凝土材料，兩者的阻尼特性相差比較大。即使主梁材料特性與主塔差不多，大跨橋梁由於抗風和抗震的要求，經常會在橋梁結構的某些部位加有人工阻尼裝置，比如橋墩上安放高阻尼的抗震支座、橋塔上安放控制振動的裝置TMD等，這都會產生摩擦阻尼或集中阻尼從而造成阻尼特性的不均勻分布。這樣的阻尼均勻性前提得不到滿足的情況下，仍按照 Rayleigh阻尼模型去計算各階振型對應的阻尼比勢必會造成除ωi和ωj兩階之外其他各階振型阻尼比與真實值有或多或少的差別。
（2）根據同濟大學土木防災國家重點實驗室對國內幾十座大跨橋梁進行抗震分析後總結的經驗，邊墩。輔助墩等部位是大跨橋梁抗震設施的重點。但是採用Rayleigh阻尼模型時，用於計算其他各階振型阻尼比的ωi和ωj一般取的是較低階的振型，而邊墩輔助墩的振動一般都發生在高階振型。根據Rayleigh阻尼模型圖，可以看出離ωi和ωj越遠的振型，其阻尼比就越不準，而且隨著圖上阻尼比按頻率增加的速度越來越快，邊墩部分振動頻率對應的阻尼比比實際值往往偏大，從這一點講會導致邊墩部分反應的計算結果偏於不安全。
一些橋梁抗震研究人員已經注意到了以上兩個問題，他們採取的措施是根據分析的部位不斷變換所選擇的ωi和ωj，比如計算橋塔的縱向地震反應時就選擇對橋塔的縱向反應起主要作用的兩階頻率作為ωi和ωj，來計算其它各階阻尼比，計算其它地震反應時也依此類推。這樣就需要分析人員不斷的重復選擇。和約和進行時程計算，十分繁瑣。
3．解決方法
由以上論述，我們已經了解到阻尼是一個非常復雜的問題，僅僅依靠Rayleigh阻尼模型，會對大跨橋梁尤其是邊墩輔助墩等部位的地震反應分析出現不應有的誤差。因此，我們嘗試尋找一種既不過分繁瑣又比較准確的方法。
在前面的論述中，我們發現阻尼比是反應阻尼的一個方便而有效的量，它把阻尼特性和振型頻率聯系起來，使得動力方程分析起來更為簡單，而且阻尼比可以通過橋梁實測測出。
如果我們直接指定對橋塔。主梁、邊墩等重要部位反應起主要作用的一些振型頻率的阻尼比，而對其餘各階振型頻率的阻尼比採用線性內插的方法確定，這樣做也可以形成阻尼比矩陣。由於我們通過以前的工程實例發現結構各部位的反應來說少數幾階振型的貢獻最為顯著（這些振型的貢獻佔到70％～ 80％，甚至更多），因此，這樣做能夠保證計算的正確性，而且並不繁瑣，此對，以實測試驗數據作為基礎，更增加了其准確性。同濟大學橋梁系近十幾年來，通過為國內幾十座大型橋梁進行竣工檢測、成橋檢測積累了大量的阻尼實測資料，並有研究人員准備把這些阻尼資料整理形成橋梁阻尼資料庫。有了這些數據資料為基礎，通過指定主要振型頻率阻尼比，來計算結構動力反應是行得通的，並且結合下面的振型疊加法，會使計算更加簡便。
阻尼對能量的作用就是阻尼作用。

C. 2009海南高考物理 機械波 詳細解答

題：有一種示波器可以同時顯示兩列波形。對於這兩列波，顯示屏上內橫向每格代表的時容間間隔相同。利用此種示波器可以測量液體中的聲速，實驗裝置的一部分如圖l所示：管內盛滿液體，音頻信號發生器所產生的脈沖信號由置於液體內的發射器發出，被接收器所接收。圈2為示波器的顯示屏。屏上所顯示的上、下兩列波形分別為發射信號與接收信號。若已知發射的脈沖信號頻率為f=2000Hz，發射器與接收器的距離為s=1.30m，求管內液體中的聲速。（已知所測聲速應在1300~1600m/s之間。結果保留兩位有效數字。）

詳解：見下圖---

D. 隔震結構和材料的穩定性、強度以及地震與建築物共振的關系

大家知道，使自由振動衰減的各種摩擦和其他阻礙作用，我們稱之為阻尼。而安置在結構系統上的「特殊」構件可以提供運動的阻力，耗減運動能量的裝置，我們稱為阻尼器。

利用阻尼來吸能減震不是什麼新技術，在航天、航空、軍工、槍炮、汽車等行業中早已應用各種各樣的阻尼器(或減震器)來減振消能。從二十世紀七十年代後，人們開始逐步地把這些技術轉用到建築、橋梁、鐵路等結構工程中，其發展十分迅速。特別是有五十多年歷史的液壓粘滯阻尼器， 在美國被結構工程界接受以前，經歷了一個大量實驗，嚴格審查，反復論證，特別是地震考驗的漫長過程。下面的流程1中示的過程，就概括了它

在美國的發展過程：

·在航天、航空、軍工、機械等行業中廣泛應用，幾十年成功應用的歷史

·上世紀80年代開始在美國東西兩個地震研究中心等單位作了大量試驗研究， 發表了幾十篇有關論文

·90年代，美國國家科學基金會和土木工程學會等單位組織了兩次大型聯合，由第三者作出的對比試驗，給出了權威性的試驗報告，供教授和工程師們參考

·在肯定以上成果的基礎上被幾乎各有關機構，規范審查，肯定並規定了應用辦法

·管理部門通過，帶來了上百個結構工程實際應用。 這些結構工程，成功地經歷了地震、大風等災害考驗，十分成功。

工程結構減震與阻尼器

二十世紀，特別是近二、三十年人們對建築物的抗振動的能力的提高已經做了巨大的努力，取得了顯著的成果。這一成果中最引以為自豪的是「結構的保護系統」。人們跳出了傳統增強梁、柱、牆提高抗振動的能力的觀念，結合結構的動力性能，巧妙的避免或減少了地震，風力的破壞。基礎隔震（Base Isolation），各種利用阻尼器(Damper) 吸能，耗能系統， 高層建築屋頂上的質量共振阻尼系統（TMD）和主動控制( Active Control)減震體系都是已經走向了工程實際。有的已經成為減少振動不可少的保護措施。特別是對於難於預料的地震，破壞機理還不十分清楚的多維振動，這些結構的保護系統就顯得更加重要。

這些結構保護系統中爭議最少，有益無害的系統要屬利用阻尼器來吸收這難予預料的地震能量。利用阻尼來吸能減震不是什麼新技術，在航天航空，軍工，槍炮，汽車等行業中早已應用各種各樣的阻尼器來減振消能。從二十世紀七十年代後，人們開始逐步地把這些技術轉用到建築、橋梁、鐵路等工程中，其發展十分迅速。到二十世紀末，全世界已有近100多個結構工程運用了阻尼器來吸能減震。到2003年，僅Taylor公司就在全世界安裝了110個建築，橋梁或其它結構構築物。

泰勒Taylor公司從1955年起經過長期大量航天、軍事工業的考驗，第一個實驗將這一技術應用到結構工程上，在美國地震研究中心作了大量振動台模型實驗，計算機分析，發表了幾十篇有關論文。結構用阻尼器的關鍵是持久耐用，時間和溫度變化下穩定，泰勒公司的阻尼器經過了長期考驗和各種對比分析，其他公司的產品很難望其向背。美國相應設計規范的制定都是基於泰勒公司阻尼器的產品。其產品技術先進，構造合理可靠，技術的透明度高，而且可以按設計者的要求製造適合各種用途的阻尼器。每個產品出廠前都經過最嚴格的測試，給出滯回曲線。泰勒Taylor公司從世界上130多個工程，32座橋梁的實際應用中，積累了大量的實際經驗。

阻尼器之分類：

Damper：用於減振；

Snubber：用於防震，低速時允許移動，在速度或加速度超過相應的值時閉鎖，形成剛性支撐。

一、阻尼器的發展過程簡介

大家知道，使自由振動衰減的各種摩擦和其他阻礙作用，我們稱之為阻尼。而安置在結構系統上的「特殊」構件可以提供運動的阻力，耗減運動能量的裝置，我們稱為阻尼器。
利用阻尼來吸能減震不是什麼新技術，在航天、航空、軍工、槍炮、汽車等行業中早已應用各種各樣的阻尼器(或減震器)來減振消能。從二十世紀七十年代後，人們開始逐步地把這些技術轉用到建築、橋梁、鐵路等結構工程中，其發展十分迅速。特別是有五十多年歷史的液壓粘滯阻尼器， 在美國被結構工程界接受以前，經歷了一個大量實驗，嚴格審查，反復論證，特別是地震考驗的漫長過程。下面的流程1中示的過程，就概括了它在美國的發展過程：

·在航天、航空、軍工、機械等行業中廣泛應用，幾十年成功應用的歷史
·上世紀80年代開始在美國東西兩個地震研究中心等單位作了大量試驗研究， 發表了幾十篇有關論文
·90年代，美國國家科學基金會和土木工程學會等單位組織了兩次大型聯合，由第三者作出的對比試驗，給出了權威性的試驗報告，供教授和工程師們參考
·在肯定以上成果的基礎上被幾乎各有關機構，規范審查，肯定並規定了應用辦法
·管理部門通過，帶來了上百個結構工程實際應用。 這些結構工程，成功地經歷了地震、大風等災害考驗，十分成功。

E. 求一份波爾共振實驗報告

實驗20波爾共振實驗

在機械製造和建築工程等科技領域中受迫振動所導致的共振現象引起工程技術人員極大注意,既有破壞作用，但也有許多實用價值。眾多電聲器件是運用共振原理設計製作的。此外，在微觀科學研究中「共振」也是一種重要研究手段，例如利用核磁共振和順磁貢研究物質結構等。

本實驗中採用波爾共振儀定量測定機械受迫振動的幅頻特性和相頻特性，並利用頻閃方法來測定動態的物理量----相位差。數據處理與誤差分析方面內容也較豐富。

一、實驗目的

1、 研究波爾共振儀中彈性擺輪受迫振動的幅頻特性和相頻特性。

2、 研究不同阻尼力矩對受迫振動的影響，觀察共振現象。

3、 學慣用頻閃法測定運動物體的某些量，例相位差。

4、 學習系統誤差的修正。

二、實驗原理

物體在周期外力的持續作用下發生的振動稱為受迫振動，這種周期性的外力稱為強迫力。如果外力是按簡諧振動規律變化，那麼穩定狀態時的受迫振動也是簡諧振動，此時，振幅保持恆定，振幅的大小與強迫力的頻率和原振動系統無阻尼時的固有振動頻率以及阻尼系數有關。在受迫振動狀態下，系統除了受到強迫力的作用外，同時還受到回復力和阻尼力的作用。所以在穩定狀態時物體的位移、速度變化與強迫力變化不是同相位的，存在一個相位差。當強迫力頻率與系統的固有頻率相同時產生共振，此時振幅最大，相位差為90°。

實驗採用擺輪在彈性力矩作用下自由擺動，在電磁阻尼力矩作用下作受迫振動來研究受迫振動特性，可直觀地顯示機械振動中的一些物理現象。

當擺輪受到周期性強迫外力矩 的作用，並在有空氣阻尼和電磁阻尼的媒質中運動時（阻尼力矩為 ）其運動方程為

（1）

式中， 為擺輪的轉動慣量， 為彈性力矩， 為強迫力矩的幅值， 為強迫力的圓頻率。

令 ， ，
則式（1）變為

（2）

當 時，式（2）即為阻尼振動方程。

當 ，即在無阻尼情況時式（2）變為簡諧振動方程， 即為系統的固有頻率。方程（2）的通解為

（3）

由式（3）可見，受迫振動可分成兩部分：

第一部分， 表示阻尼振動，經過一定時間後衰減消失。

第二部分，說明強迫力矩對擺輪做功，向振動體傳送能量，最後達到一個穩定的振動狀態。

振幅 （4）

它與強迫力矩之間的相位差 為

（5）

由式（4）和式（5）可看出，振幅 與相位差 的數值取決於強迫力矩m、頻率 、系統的固有頻率 和阻尼系數 四個因素，而與振動起始狀態無關。

由 極值條件可得出，當強迫力的圓頻率 時，產生共振， 有極大值。若共振時圓頻率和振幅分別用 、 表示，則

（6）

（7）

式（6）、（7）表明，阻尼系數 越小，共振時圓頻率越接近於系統固有頻率，振幅 也越大。圖1-1和圖1-2表示出在不同 時受迫振動的幅頻特性和相頻特性。

三、實驗儀器

ZKY-BG型波爾共振儀由振動儀與電器控制箱兩部分組成。振動儀部分如圖1-3所示：由

β1

β2

β3

β1<β2<β3

ω/ωn

圖 1-1

ω/ωn

β1

β2

β1<β2

-π

-π/2

0

φ

圖 1-2

銅質圓形擺輪A安裝在機架上，彈簧B的一端與擺輪A的軸相聯，另一端可固定在機架支柱上，在彈簧彈性力的作用下，擺輪可繞軸自由往復擺動。在擺輪的外圍有一卷槽型缺口，其中一個長形凹槽D長出許多。在機架上對准長型缺口處有一個光電門H，它與電氣控制箱相聯接，用來測量擺輪的振幅（角度值）和擺輪的振動周期。在機架下方有一對帶有鐵芯的線圈K，擺輪A恰巧嵌在鐵芯的空隙，利用電磁感應原理，當線圈中通過直流電流後，擺輪受到一個電磁阻尼力的作用。改變電流的數值即可使阻尼大小相應變化。為使擺輪A作受迫振動。在電動機軸上裝有偏心輪，通過連桿機構E帶動擺輪A，在電動機軸上裝有帶刻線的有機玻璃轉盤F，它隨電機一起轉動。由它可以從角度讀數盤G讀出相位差。調節控制箱上的十圈電機轉速調節旋鈕，可以精確改變加於電機上的電壓，使電機的轉速在實驗范圍（30-45轉/分）內連續可調，由於電路中採用特殊穩速裝置、電動機採用慣性很小的帶有測速發電機的特種電機，所以轉速極為穩定。電機的有機玻璃轉盤F上裝有兩個擋光片。在角度讀數盤G中央上方900處也有光電門（強迫力矩信號），並與控制箱相連，以測量強迫力矩的周期。

受迫振動時擺輪與外力矩的相位差利用小型閃光燈來測量。閃光燈受擺輪信號光電門控制，每當擺輪上長型凹槽C通過平衡位置時，光電門H接受光，引起閃光。閃光燈放置位置如圖（1-3）所示擱置在底座上，切勿拿在手中直接照射刻度盤。在穩定情況時，由閃光燈照射下可以看到有機玻璃指針F好象一直「停在」某一刻度處，這一現象稱為頻閃現象，所以此數值可方便地直接讀出，誤差不大於20 。

擺輪振幅是利用光電門H測出擺輪讀數A處圈上凹型缺口個數，並在液晶顯示器上直接顯示出此值，精度為20。

波耳共振儀電氣控制箱的前面板和後面板分別如圖1-4和圖1-5所示。

電機轉速調節旋鈕，系帶有刻度的十圈電位器，調節此旋鈕時可以精確改變電機轉速，即改變強迫力矩的周期。刻度僅供實驗時作參考，以便大致確定強迫力矩周期值在多圈電位器上的相應位置。

圖 1-3 波爾振動儀

1.光電門H；2.長凹槽D；3.短凹槽D；4.銅質擺輪A；5.搖桿M；6.蝸卷彈簧B；7.支承架；8.阻尼線圈K；9.連桿E；10.搖桿調節螺絲；11.光電門I；12.角度盤G；13.有機玻璃轉盤F；14.底座；15.彈簧夾持螺釘L；16.閃光燈

圖 1-4 波耳共振儀前面板示意圖

1、液晶顯示屏幕 2、方向控制鍵 3、確認按鍵 4、復位按鍵

5、電源開關 6、閃光燈開關 7、強迫力周期調節電位器

圖 1-5 波耳共振儀後面板示意圖

1、電源插座（帶保險） 2、閃光燈介面 3、阻尼線圈

4、電機介面 5、振幅輸入 6、周期輸入 7、通訊介面

可以通過軟體控制阻尼線圈內直流電流的大小，達到改變擺輪系統的阻尼系數的目的。選擇開關可分4檔，「阻尼0」檔阻尼電流為零，「阻尼1」檔電流約為280mA，「阻尼2」檔電流約為300mA，「阻尼3」檔電流最大，約為320mA，阻尼電流由恆流源提供，實驗時根據不同情況進行選擇（可先選擇在「2」處，若共振時振幅太小則可改用「1」，切不可放在「0」處），振幅不大於150。

閃光燈開關用來控制閃光與否，當按住閃光按鈕、擺輪長缺口通過平衡位置時便產生閃光，由於頻閃現象，可從相位差讀盤上看到刻度線似乎靜止不動的讀數（實際有機玻璃F上的刻度線一直在勻速轉動），從而讀出相位差數值，為使閃光燈管不易損壞，採用按鈕開關，僅在測量相位差時才按下按鈕。

電機是否轉動使用軟體控制，在測定阻尼系數和擺輪固有頻率 與振幅關系時，必須將電機關斷。

電氣控制箱與閃光燈和波爾共振儀之間通過各種專業電纜相連接。不會產生接線錯誤之弊病。

四、實驗內容

1．測定阻尼系數β

從液顯窗口讀出擺輪作阻尼振動時的振幅數值θ1、θ2、θ3……θn，利用公式

（8）

求出β 值，式中n為阻尼振動的周期次數，θn 為第n次振動時的振幅，T為阻尼振動周期的平均值。此值可以測出10個擺輪振動周期值，然而取其平均值。

進行本實驗內容時，電機電源必須切斷，指針F放在0°位置， θ0通常選取在130-150之間。

2.測定受迫振動的幅度特性和相頻特性曲線。

保持阻尼檔位不變，選擇強迫振盪進行實驗，改變電動機的轉速，即改變強迫外力矩頻率ω 。當受迫振動穩定後，讀取擺輪的振幅值，並利用閃光燈測定受迫振動位移與強迫力間的相位差（ 控制在10°左右）

強迫力矩的頻率可從擺輪振動周期算出，也可以將周期選為「×10」直接測定強迫力矩的10個周期後算出，在達到穩定狀態時，兩者數值應相同。前者為4位有效數字，後者為5位有效數字。

在共振點附近由於曲線變化較大，因此測量數據相對密集些，此時電機轉速極小變化會引起 很大改變。電機轉速選鈕上的讀數（例2.50）是一參考數值，建議在不同ω時都記下此值，以便實驗中快速尋找要重新測量時參考。

五、波爾共振儀控制箱的使用方法

1、開機介紹

按下電源開關後,屏幕上出現歡迎界面，其中NO.0000X為控制箱與主機相連的編號。過幾秒鍾後屏幕上顯示如圖一「按鍵說明」字樣。符號「t」為向左移動；「u」為向右移動；「p」為向上移動；「q」向下移動。下文中的符號不再重新介紹。

2、自由振盪

在圖一狀態按確認鍵,顯示圖二所示的實驗類型,默認選中項為自由振盪,字體反白為選中。(注意做實驗前必須先做自由振盪,其目的是測量擺輪的振幅和固有振動周期的關系。)

按鍵說明

t u → 選擇項目

pq → 改變工作狀態

確定 → 功能項確定

圖一yi

實驗步驟

自由振盪 阻尼振盪 強迫振盪

圖二

阻尼 0 振幅

測量關00 回查 返回

周期 Ⅹ1 = 秒(擺輪)

圖三

阻尼0 振幅 134

測量查01 ↑↓按確定鍵返回

周期 Ⅹ1 = 01.442 秒(擺輪)

圖四

阻尼選擇

阻尼1 阻尼2 阻尼3

圖五

10

0

阻尼1 振幅

測量關00 回查 返回

周期Ⅹ = 秒（擺輪）

圖六

再按確認鍵顯示:如圖三

用手轉動擺輪160度左右，放開手後按「p」或「q」鍵,測量狀態由「關」變為「開」, 控制箱開始記錄實驗數據, 振幅的有效數值范圍為：160-50(振幅小於160測量開，小於50測量自動關閉)。測量顯示關時,此時數據已保存並發送主機。

查詢實驗數據,可按「t」或「u」鍵,選中回查,再按確認鍵如圖四所示，表示第一次記錄的振幅為134，對應的周期為1.442秒，然後按「p」或「q」鍵查看所有記錄的數據, 該數據為每次測量振幅相對應的周期數值,回查完畢,按確認鍵,返回到圖三狀態,若進行多次測量可重復操作,自由振盪完成後,選中返回,按確認鍵回到前面圖二進行其它實驗。

3、阻尼振盪

在圖二狀態下, 根據實驗要求,按「u」鍵,選中阻尼振盪, 按確認鍵顯示阻尼:如圖五。阻尼分三個檔次,阻尼1最小,根據自己實驗要求選擇阻尼檔,例如選擇阻尼1檔, 按確認鍵顯示:如圖六

用手轉動擺輪160度左右，放開手後按「p」或「q」鍵,測量由「關」變為「開」並記錄數據,儀器記錄十組數據後,測量自動關閉,此時振幅大小還在變化,但儀器已經停止記數。

阻尼振盪的回查同自由振盪類似,請參照上面操作。若改變阻尼檔測量,重復阻尼一的操作步驟即可。

4、強迫振盪

儀器在圖二狀態下,選中強迫振盪, 按確認鍵顯示:如圖七(注意:在進行強迫振盪前必須選擇阻尼檔,否則無法實驗。)默認狀態選中電機。

= 秒（擺輪）

= 秒（電機）

阻尼 1 振幅

測量關00周期1 電機關 返回

周期Ⅹ1

圖七

10 = 14.252 秒（擺輪）

0 = 14.252 秒（電機）

阻尼 1 振幅 122

測量開01 周期10 電機開 返回

周期Ⅹ

圖八

按「p」或「q」鍵,電機啟動。但不能立即進行實驗,因為此時擺輪和電機的周期還不穩定,待穩定後即周期相同時,再開始測量。測量前應該先選中周期，按「p」或「q」鍵把周期由1(如圖七)改為10(如圖八),(目的是為了減少誤差,若不改周期,測量無法打開)。待擺輪和電機的周期穩定後,再選中測量, 按下「p」或「q」鍵,測量打開並記錄數據:如圖八。可進行同一阻尼下不同振幅的多次測量,每次實驗數據都進行保留。

測量相位時應把閃光燈放在電動機轉盤前下方,按下閃光燈按鈕,根據頻閃現象來測量,仔細觀察相位位置。

強迫振盪測量完畢, 按「t」或「u」鍵,選中返回,按確定鍵,重新回到圖二狀態。

5、關機

在圖二狀態下，按住復位按鈕保持不動，幾秒鍾後儀器自動復位，此時所做實驗數據全部清除，然後按下電源按鈕，結束實驗。

六、數據記錄和處理

1．阻尼系數 的計算。

利用公式（8）對所測數據(表1)按逐差法處理，求出β值。

用公式（9），求出β值。

2.幅頻特性和相頻特性測量

作幅頻特性 曲線，並由此求β值。在阻尼系數較小（滿足 ≤ ）和共振位置附近（ ），由於 ，從式（4）和（7）可得出：

當 ，即 ，由上式可得

此ω對應於圖 處兩個值ω1，ω2，由此得出：

（此內容一般不做）

將此法與逐差法求得之 值作一比較並討論，本實驗重點應放在相頻特性曲線測量。

表1 阻尼檔位

序號
振幅（度）
序號
振幅（度）

θ1

θ6

θ2

θ7

θ3

θ8

θ4

θ9

θ5

θ10

平均值

10T= 秒 = 秒

（9）

表2 幅頻特性和相頻特性測量數據記錄表：阻尼開關位置

10T（s）

T（s）
（0）

理論值
θ（0）

測量值

T/T0

誤差分析，因為本儀器中採用石英晶體作為計時部件，所以測量周期（圓頻率）的誤差可以忽略不計，誤差組要來自阻尼系數 的測定和無阻尼振動時系統的固有振動頻率 的確定。且後者對實驗結果影響較大。

在前面的原理部分中我們認為彈簧的彈性系數k為常數，它與扭轉的角度無關。實際上由於製造工藝及材料性能的影響,k值隨著角度的改變而略有微小的變化（3%左右），因而造成在不同振幅時系統的固有頻率 有變化。如果取 的平均值，則將在共振點附近使相位差的理論值與實驗值相關很大。為此可測出振幅與固有頻率 的相應數值。在 公式中T0採用對應於某個振幅的數值代入，這樣可使系統誤差明顯減小。

振幅與共振頻率 相對應值可要用如下方法：

將電機電源切斷，角度盤指針F放在」0」處，用手將擺輪撥動到較大處(約1400～1500)，然後放手，此擺輪作衰減振動，讀出每次振幅值相應的擺動周期即可。此法可重復幾次即可作出 與 的對應表。

附：ZKY-BG型波爾共振儀調整方法

波爾共振儀各部分經校正，請勿隨意拆裝改動，電氣控制箱與主機有專門電纜相接，不會混淆，在使用前請務必清楚各開關與旋鈕功能。

經過運輸或實驗後若發現儀器工作不正常可行調整，具體步驟如下：

1、將角度盤指針F放在「0」處。

2、松連桿上鎖緊螺母，然後轉動連桿E，使搖桿M處於垂直位置，然後再將鎖緊螺母固定。

3、此時擺輪上一條長形槽口（用白漆線標志）應基本上與指針對齊，若發現明顯偏差，可將擺輪後面三隻固定螺絲略松動，用手握住蝸卷彈簧B的內端固定處，另一手即可將擺輪轉動，使白漆線對准尖頭，然後再將三隻螺絲旋緊：一般情況下，只要不改變彈簧B的長度，此項調整極少進行。

4、若彈簧B與搖桿M相連接處的外端夾緊螺釘L放鬆，此時彈簧B外圈即可任意移動（可縮短、放長）縮短距離不宜少於6cm。在旋緊處端夾擰螺釘時，務必保持彈簧處於垂直面內，否則將明顯影響實驗結果。

將光電門H中心對准擺輪上白漆線（即長狹縫），並保持擺輪在光電門中間狹縫中自由擺動，此時可選擇阻尼開關「1」或「2」處，打開電機，此時擺輪將作受迫振動，待達到穩定狀態時，打開閃光燈開關，此時將看到指針F在相位差度盤中有一似乎固定讀數，兩次讀數值在調整良好時差1º以內（在不大於2º時實驗即可進行）若發現相差較大，則可調整光電門位置。若相差超過5º以上，必須重復上述步驟重新調整。

由於彈簧製作過程中問題，在相位差測量過程中可能會出現指針F在相位差讀數盤上兩端重合較好，中間較差，或中間較好、二端較差現象。

[注意事項]

波爾共振儀各部分均是精確裝配，不能隨意亂動。控制箱功能與面扳上旋鈕、按鍵均較多，務必在弄清其功能後，按規則操作。

波耳共振實驗操作注意事項：

1. 作自由振盪實驗時，必須記下自由振盪實驗時的擺輪周期；

2. 強迫振盪實驗時，調節儀器面板〖強迫力周期〗旋鈕，從而改變不同電機轉動周期，必須做3～11次，其中必須包括在電機轉動周期與自由振盪實驗時的自由振盪周期相同的。

3. 在作強迫振盪實驗時，必須電機與擺輪的周期相同，振幅必須穩定後，方可記錄實驗數據。

4. 學生做完實驗後測量數據必須保存。

F. 吳斌的論著成果

1. 大型建築及橋梁結構動力損傷過程的實時混合試驗方法與技術，國家自然科學基金重大研究計劃(08年1月-11年12月)，負責
2. 城市建築地震破壞的控制原理與方法，國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)課題(08年1月-09年12月)，負責
3. 結構控制實驗的實時子結構技術，國家自然科學基金(06年1月-08年12月)，負責
4. 實時擬動力實驗研究，教育部新世紀優秀人才支持計劃(06年1月-08年12月)，負責
5. 耗能減震及智能控制裝置的定型化、檢測標准及設計指南，國家科技支撐計劃(2007年1月-2010年12月)項目子課題，負責
6. 村鎮建築隔震與消能減震技術研究，國家科技支撐計劃(2006年11月-2010年12月)項目子課題，負責
7. 新型平台結構智能阻尼減振隔震控制技術，國家高技術研究發展計劃(863計劃)項目子課題(02年1月-06年6月)，負責
8. 現代結構擬動力地震模擬協同試驗方法與系統，國家自然科學基金重點項目子項目(04年1月-07年12月)，負責
9. JZ20-2NW海上平台磁流變阻尼減振裝置,中海石油(中國)有限公司項目(04年11月-06年10月)，負責
10. 耗能減振的新型裝置、結構性能與設計方法，國家自然科學基金(99年1月-02年12月)，負責
11. 實時子結構試驗技術及其在結構被動控制試驗中的應用，教育部留學人員科研啟動基金(05年3月-06年3月)，負責
12. 結構損傷性能的可靠度設計與耗能減振控制，哈爾濱工業大學科學研究基金（01年1月-02年12月），負責
13. 鋼筋結構損傷性能的可靠度設計與耗能減振控制，黑龍江省出站博士後科研啟動基金（01年1月-02年12月），負責
14. 北京飯店耗能減振加固試驗研究，中國建築科學研究院（98年11月-99年1月），負責
15. 上海磁懸浮鐵路橋抗震設防與減隔震研究，上海市政工程設計研究院（01年3月-01年7月），負責 1. 2005年入選新世紀優秀人才計劃
2. 2009年度高等學校科學研究優秀成果獎一等獎（排名第三）：結構振動控制與應用
3. 2009年黑龍江省青年科技獎 1. 可變摩擦耗能器（實用新型），2003.8，專利號：ZL02211645.1，排序第1
2. 多層粘彈性耗能器（實用新型），2003.10，專利號：ZL02211643.5，排序第1
3. 壓電摩擦減振器（實用新型），2004.5，專利號：ZL03212922.X，排序第3
4. 多層T形芯板摩擦耗能器（實用新型），2003.8，專利號：ZL02211644.3，排序第2
5. 固定導管架式海洋平台隔震裝置（實用新型），2003.10，專利號：ZL02280696.2，排序第2
6. 錐形形狀記憶合金阻尼器（實用新型），2004.1，專利號：ZL03211544.X，排序第3
7. 全形鋼式防屈曲支撐構件（實用新型），2009.2，專利號：ZL200820089959.7，排序第2 趙俊賢, 吳斌, 歐進萍. 新型全鋼防屈曲支撐的擬靜力滯回性能試驗. 土木工程學報. (已錄用) (EI)
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G. 在測量阻尼振動的研究中,質量改變時,半衰期如何變

實驗題目】
氣墊導軌研究簡諧運動的規律
【實驗目的】
1．通過實驗方法驗證滑塊運動是簡諧運動。
2．通過實驗方法求兩彈簧的等效彈性系數和等效質量。
實驗裝置如圖所示。

說明：什麼是兩彈簧的等效彈性系數？

說明：什麼是兩彈簧的等效質量？

3.測定彈簧振動的振動周期。
4.驗證簡諧振動的振幅與周期無關。
5.驗證簡諧振動的周期與振子的質量的平方根成正比。
【實驗儀器】
氣墊導軌，滑塊，配重，光電計時器，擋光板，天平，兩根長彈簧，固定彈簧的支架。
【實驗要求】
1．設計方案（1）寫出實驗原理（推導周期公式及如何計算k和m0 ）。
由滑塊所受合力表達式證明滑塊運動是諧振動。
給出不計彈簧質量時的T。
給出考慮彈簧質量對運動周期的影響，引入等效質量時的T。
實驗中，改變滑塊質量5次，測相應周期。由此，如何計算k和m0 ？
（2）列出實驗步驟。
（3）畫出數據表格。
2．測量
3．進行數據處理並以小論文形式寫出實驗報告
（1）在報告中，要求有完整的實驗原理，實驗步驟，實驗數據，數據 處理和計算過程。
（2）明確給出實驗結論。
兩彈簧質量之和M= 10-3㎏ = N/m = 10-3㎏
i m
10-3㎏ 30T
s T2
s2 m0
10-3㎏ i m
10-3㎏ 20T
s T2
s2 m0
10-3㎏ K
N/m
1 4
2 5
3 6

4．數據處理時，可利用計演算法或作圖法計算k和m0的數值，並將m0與其理論值 M0=（1/3）M（ M為兩彈簧質量之和）比較, 計算其相對誤差 。
究竟選取哪種數據處理方法自定．書中提示了用計演算法求k和 m0的方法。若採用，應理解並具體化．
【注意事項】
計算中注意使用國際單位制。
嚴禁隨意拉長彈簧，以免損壞！
在氣軌沒有通氣時，嚴禁將滑塊拿上或拿下，更不能在軌道上滑動！
【參考資料】
1．馬文蔚等《物理學》，高等教育出版社，1999
2．林抒、龔鎮雄，《普通物理實驗》，人民教育出版社，1982
3．華中工學院等編《物理實驗》（基礎部分），高等教育出版社，1981

H. 非剛性閉鎖系統

阻尼：是指任何振動系統在振動中，由於外界作用和/或系統本身固有的原因引起的振動幅度逐漸下降的特性，以及此一特性的量化表徵稱為阻尼。

阻尼zǔní
在電學中，差不多就是響應時間的意思。
在機械物理學中，系統的能量的減小——阻尼振動不都是因「阻力」引起的，就機械振動而言，一種是因摩擦阻力生熱，使系統的機械能減小，轉化為內能，這種阻尼叫摩擦阻尼；另一種是系統引起周圍質點的震動，使系統的能量逐漸向四周輻射出去，變為波的能量，這種阻尼叫輻射阻尼。
摩擦的需要穩定的時間！指針萬用表表針穩定住的時間！
在機械繫統中，線性粘性阻尼是最常用的一種阻尼模型。阻尼力R的大小與運動質點的速度的大小成正比，方向相反，記作R=-C，C為粘性阻尼系數，其數值須由振動試驗確定。由於線性系統數學求解簡單，在工程上常將其他形式的阻尼按照它們在一個周期內能量損耗相等的原則，折算成等效粘性阻尼。物體的運動隨著系統阻尼系數的大小而改變。如在一個自由度的振動系統中，[973-01],稱臨界阻尼系數。式中為質點的質量,K為彈簧的剛度。實際的粘性阻尼系數C 與臨界阻尼系數C之比稱為阻尼比。＜1稱欠阻尼,物體作對數衰減振動；＞1稱過阻尼，物體沒有振動地緩慢返回平衡位置。欠阻尼對系統的固有頻率值影響甚小，但自由振動的振幅卻衰減得很快。阻尼還能使受迫振動的振幅在共振區附近顯著下降，在遠離共振區阻尼對振幅則影響不大。新出現的大阻尼材料和擠壓油膜軸承，有顯著減振效果。
在某些情況下，粘性阻尼並不能充分反映機械繫統中能量耗散的實際情況。因此，在研究機械振動時，還建立有遲滯阻尼、比例阻尼和非線性阻尼等模型。
在電學中，差不多就是響應時間的意思。
在機械物理學中，系統的能量的減小——阻尼振動不都是因「阻力」引起的，就機械振動而言，一種是因摩擦阻力生熱，使系統的機械能減小，轉化為內能，這種阻尼叫摩擦阻尼；另一種是系統引起周圍質點的震動，使系統的能量逐漸向四周輻射出去，變為波的能量，這種阻尼叫輻射阻尼。
摩擦的需要穩定的時間！指針萬用表表針穩定住的時間！
在機械繫統中，線性粘性阻尼是最常用的一種阻尼模型。阻尼力R的大小與運動質點的速度的大小成正比，方向相反，記作R=-C，C為粘性阻尼系數，其數值須由振動試驗確定。由於線性系統數學求解簡單，在工程上常將其他形式的阻尼按照它們在一個周期內能量損耗相等的原則，折算成等效粘性阻尼。物體的運動隨著系統阻尼系數的大小而改變。如在一個自由度的振動系統中，[973-01],稱臨界阻尼系數。式中為質點的質量,K為彈簧的剛度。實際的粘性阻尼系數C 與臨界阻尼系數C之比稱為阻尼比。＜1稱欠阻尼,物體作對數衰減振動；＞1稱過阻尼，物體沒有振動地緩慢返回平衡位置。欠阻尼對系統的固有頻率值影響甚小，但自由振動的振幅卻衰減得很快。阻尼還能使受迫振動的振幅在共振區附近顯著下降，在遠離共振區阻尼對振幅則影響不大。新出現的大阻尼材料和擠壓油膜軸承，有顯著減振效果。
在某些情況下，粘性阻尼並不能充分反映機械繫統中能量耗散的實際情況。因此，在研究機械振動時，還建立有遲滯阻尼、比例阻尼和非線性阻尼等模型。

大家知道，使自由振動衰減的各種摩擦和其他阻礙作用，我們稱之為阻尼。而安置在結構系統上的「特殊」構件可以提供運動的阻力，耗減運動能量的裝置，我們稱為阻尼器。
利用阻尼來吸能減震不是什麼新技術，在航天、航空、軍工、槍炮、汽車等行業中早已應用各種各樣的阻尼器(或減震器)來減振消能。從二十世紀七十年代後，人們開始逐步地把這些技術轉用到建築、橋梁、鐵路等結構工程中，其發展十分迅速。特別是有五十多年歷史的液壓粘滯阻尼器， 在美國被結構工程界接受以前，經歷了一個大量實驗，嚴格審查，反復論證，特別是地震考驗的漫長過程。下面的流程1中示的過程，就概括了它
在美國的發展過程：
·在航天、航空、軍工、機械等行業中廣泛應用，幾十年成功應用的歷史
·上世紀80年代開始在美國東西兩個地震研究中心等單位作了大量試驗研究， 發表了幾十篇有關論文
·90年代，美國國家科學基金會和土木工程學會等單位組織了兩次大型聯合，由第三者作出的對比試驗，給出了權威性的試驗報告，供教授和工程師們參考
·在肯定以上成果的基礎上被幾乎各有關機構，規范審查，肯定並規定了應用辦法
·管理部門通過，帶來了上百個結構工程實際應用。 這些結構工程，成功地經歷了地震、大風等災害考驗，十分成功。
工程結構減震與阻尼器
二十世紀，特別是近二、三十年人們對建築物的抗振動的能力的提高已經做了巨大的努力，取得了顯著的成果。這一成果中最引以為自豪的是「結構的保護系統」。人們跳出了傳統增強梁、柱、牆提高抗振動的能力的觀念，結合結構的動力性能，巧妙的避免或減少了地震，風力的破壞。基礎隔震（Base Isolation），各種利用阻尼器(Damper) 吸能，耗能系統， 高層建築屋頂上的質量共振阻尼系統（TMD）和主動控制( Active Control)減震體系都是已經走向了工程實際。有的已經成為減少振動不可少的保護措施。特別是對於難於預料的地震，破壞機理還不十分清楚的多維振動，這些結構的保護系統就顯得更加重要。
這些結構保護系統中爭議最少，有益無害的系統要屬利用阻尼器來吸收這難予預料的地震能量。利用阻尼來吸能減震不是什麼新技術，在航天航空，軍工，槍炮，汽車等行業中早已應用各種各樣的阻尼器來減振消能。從二十世紀七十年代後，人們開始逐步地把這些技術轉用到建築、橋梁、鐵路等工程中，其發展十分迅速。到二十世紀末，全世界已有近100多個結構工程運用了阻尼器來吸能減震。到2003年，僅Taylor公司就在全世界安裝了110個建築，橋梁或其它結構構築物。
泰勒Taylor公司從1955年起經過長期大量航天、軍事工業的考驗，第一個實驗將這一技術應用到結構工程上，在美國地震研究中心作了大量振動台模型實驗，計算機分析，發表了幾十篇有關論文。結構用阻尼器的關鍵是持久耐用，時間和溫度變化下穩定，泰勒公司的阻尼器經過了長期考驗和各種對比分析，其他公司的產品很難望其向背。美國相應設計規范的制定都是基於泰勒公司阻尼器的產品。其產品技術先進，構造合理可靠，技術的透明度高，而且可以按設計者的要求製造適合各種用途的阻尼器。每個產品出廠前都經過最嚴格的測試，給出滯回曲線。泰勒Taylor公司從世界上130多個工程，32座橋梁的實際應用中，積累了大量的實際經驗。
阻尼器之分類：
Damper：用於減振；
Snubber：用於防震，低速時允許移動，在速度或加速度超過相應的值時閉鎖，形成剛性支撐。
阻尼器只是一個構件.使用在不同地方或不同工作環境就有不同的阻尼作用.Damper：用於減振;Snubber：用於防震，低速時允許移動，在速度或加速度超過相應的值時閉鎖，形成剛性支撐。
目前各種應用中有:彈簧阻尼器,液壓阻尼器,脈沖阻尼器,旋轉阻尼器,風阻尼器,粘滯阻尼器等
[編輯本段]可控被動式電磁阻尼器的原理及初步實驗研究

引 言
高速旋轉機器的振動問題是一個比較突出且難以解決的問題。這類機器的轉速高，都在超過臨界乃至幾階臨界轉速以上運行。因此為了保證其安全運行，除了保證仔細的設計和精確的製造安裝外，通常還使用阻尼器以減小振動。擠壓油膜阻尼器和電磁阻尼器就是兩種常用的阻尼器。本文設計了一種新的可控型被動式電磁阻尼器。
可控型被動式電磁阻尼器的結構和工作原理
圖1為可控被動式電磁阻尼器的示意圖。它沒有位移感測器。其結構與擠壓油膜阻尼器類似：旋轉機械的轉子(1)通過滾動軸承(2)或滑動軸承支承在鐵芯(3)上。該鐵芯再通過彈簧(4)支承在機座(5)上。彈簧的支承剛度可按使用要求設計，為支承系統的主剛度。在機座上環繞鐵芯同心放置有四隻電磁鐵(6)。各磁鐵線圈上都作用相同大小的直流勵磁電壓。
圖2示出可控被動電磁阻尼器所產生的附加剛度和阻尼隨頻率變化的情況。可以看出在整個頻率范圍內附加剛度的值是負的，且隨著頻率的升高負的剛度值降低。在高頻區剛度值幾乎為零。這種阻尼特性剛好符合旋轉機械所要求的低頻大阻尼高頻小阻尼的特性。在可控被動電磁阻尼器的尺寸確定後，剛度和阻尼值就僅取決於靜態勵磁電流或勵磁電壓。改變勵磁電壓值就能改變剛度和阻尼，因而這種阻尼器是可控的。
實驗裝置
圖3a為實驗裝置：一根細長軸，一端支承在普通的剛性滾珠軸承上，另一端支承在圖1所示的電磁阻尼器支承上。轉子由直流電機驅動。軸的振動和轉速分別由渦流感測器和光電感測器檢測。振動信號和轉速信號由計算機通過AD板採集。圖3b為提供主支承剛度的平板徑向彈簧。該彈簧以彈性鋁為材料，線切割加工。其剛度值由有限元計算和優化。在一隻電磁阻尼器支承上有兩只並排放置的彈簧，以保證對稱性，利於系統建模。理論計算和實驗測試均表明該轉子的第一階臨界轉速約為3900revs/min。
實 驗
在不同勵磁電壓下測試轉子的振動隨轉速的變化。圖4給出了實驗數據。圖中的四條曲線代表勵磁電壓分別為0伏、9伏、12伏和15伏的情況。可以看出隨著勵磁電壓的增大，電磁阻尼器提供的阻尼也增大。這使得轉子的振幅得到抑制，從0.185mm降到0.56mm，減振效果是很明顯的。從圖中還可以看出，由於負的電磁剛度的存在，轉子的臨界轉速有所降低。這和圖2中的結果很一致，在65HZ臨界轉速附近，電磁附加負剛度很小因而它對臨界轉速的影響很小。當勵磁電壓為15伏時，轉子的臨界轉速僅下降到3780revs/min。

結 論
被動式電磁阻尼器用於轉子系統取得了較好的減振效果。這種阻尼器的阻尼產生機理是被動的而阻尼的大小則是隨勵磁電壓的大小可控的。與擠壓油膜阻尼器相比，被動式電磁阻尼器具有電磁軸承相對於普通軸承的大部分優點；與主動式電磁阻尼器相比，被動式電磁阻尼器的總體結構簡單、造價低、可靠性更高。因而這是一種很有發展前途的行之有效的高速轉子的減振阻尼裝置。
本文介紹了被動式電磁阻尼器在線性范圍內的原理和僅進行了被動式電磁阻尼器的初步的減振實驗，更多的非線性特性的研究和優化設計將在今後陸續報道。