自激振動(dòng)：結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到自身控制的激勵(lì)作用時(shí)所引起的振動(dòng)。
自由振動(dòng)：定義1：激勵(lì)或約束去除后出現(xiàn)的振動(dòng)。定義2：引起振動(dòng)的激勵(lì)除去后，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)所保持的振動(dòng)。
自激振動(dòng)系統(tǒng)為能把固定方向的運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)(振動(dòng))的裝置，它由三部分組成：①能源，用以供給自激振動(dòng)中的能量消耗；②振動(dòng)系統(tǒng)；③具有反饋特性的控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
自激振動(dòng)系統(tǒng)的能量關(guān)系
在振幅小的期間，振動(dòng)能量可平均地得到補(bǔ)充；在振幅增大期間，耗散能量的組成，被包含在振動(dòng)系統(tǒng)中，此時(shí)補(bǔ)充的能量與耗散的能量達(dá)到平衡而接近一定振幅的振動(dòng)。心臟的搏動(dòng)、顫抖、性周期等一些在生物中所看到的周期現(xiàn)象，有許多是自激振動(dòng)。
自由振動(dòng)：在外力使彈簧振子的小球和單擺的擺球偏離平衡位置后，它們就在系統(tǒng)內(nèi)部的彈力或重力作用下振動(dòng)起來(lái)，不再需要外力的推動(dòng)，這種振動(dòng)叫做自由振動(dòng)。簡(jiǎn)單說(shuō)自激振動(dòng)初始狀態(tài)為不動(dòng)或只有些微的振動(dòng)，由于外界驅(qū)動(dòng)下可以自發(fā)的激勵(lì)起來(lái)某個(gè)模式或多個(gè)模式，隨著耗散和驅(qū)動(dòng)而其中一個(gè)或幾個(gè)模式增長(zhǎng)，其他消亡。
自激振動(dòng)的頻率一般就是自由振動(dòng)頻率，但是由于要維持振動(dòng)就必須有能量的輸入，一般說(shuō)來(lái)自激振動(dòng)是非線性過(guò)程。常見(jiàn)的自激振動(dòng)如機(jī)械表、風(fēng)吹過(guò)某腔體而發(fā)聲等；自由振動(dòng)指無(wú)外加驅(qū)動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)偏離平衡狀態(tài)而引起的振動(dòng)，這個(gè)例子很多，如鐘擺拉離平衡點(diǎn)引起的擺動(dòng)，扔塊石子在水面后引起的水波自由振動(dòng)等。
區(qū)別：一個(gè)有持續(xù)或多次能量饋入，有耗散，振動(dòng)可維持，一般為非線性過(guò)程。一個(gè)可以稱之為只有一次能量饋入，當(dāng)有耗散時(shí)最終振動(dòng)會(huì)停止，自由振動(dòng)只是與系統(tǒng)自身相關(guān)，可能線性也可能非線性。
自由振動(dòng)和自激振動(dòng)的本質(zhì)區(qū)別在于，自由振動(dòng)的激勵(lì)來(lái)自外界，并且只在初始受激勵(lì)；而自激振動(dòng)的激勵(lì)來(lái)自自身，并一直存在。
受迫振動(dòng)：線性阻尼系統(tǒng)對(duì)簡(jiǎn)諧性激勵(lì)的長(zhǎng)期響應(yīng)。為了彌補(bǔ)阻尼造成的機(jī)械能損失，使振動(dòng)持續(xù)下去，也可以采用其它方式的激勵(lì)。
自激振動(dòng)就是一種在單方向(即非振動(dòng)型)的激勵(lì)作用下，振動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)。自激振動(dòng)在激勵(lì)方式上是不同于受迫振動(dòng)的。并且，由此導(dǎo)致了另外兩個(gè)不同點(diǎn)：
受迫振動(dòng)的長(zhǎng)期行為與初始狀態(tài)無(wú)關(guān)，而自激振動(dòng)的形成卻依賴于初始振動(dòng)的存在，因?yàn)槿魶](méi)有初始振動(dòng)，也就沒(méi)有可以反饋的信號(hào)，系統(tǒng)不能“起振”。
受迫振動(dòng)中，系統(tǒng)對(duì)外界激勵(lì)作出的響應(yīng)就是“服從”，即受迫振動(dòng)頻率等于簡(jiǎn)諧性驅(qū)動(dòng)力的頻率(當(dāng)受迫振動(dòng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于固有頻率時(shí)，即發(fā)生共振)，而自激振動(dòng)的頻率為系統(tǒng)自身的固有振動(dòng)頻率。
常見(jiàn)的有琴弦的自激振動(dòng)(提琴、胡琴)，比如在拉胡琴過(guò)程中，可視琴弓為恒定的接觸面，琴弦為相對(duì)琴弓不斷跳滑而振動(dòng)的彈性體，手的拉弓力為單向的外激勵(lì)能源，弦在作出振動(dòng)響應(yīng)的同時(shí)提供了反饋信息，把持續(xù)性的能量輸入調(diào)控成周期性地輸入，使振動(dòng)得以維持，呈現(xiàn)可控制的美妙樂(lè)聲。
無(wú)線電電路中的各種振蕩器正是利用電學(xué)和磁學(xué)量的自激振動(dòng)，也需要不斷補(bǔ)充能量使得自激振動(dòng)得以維持。流體的流動(dòng)引起的自激振動(dòng)也很多見(jiàn)，笛、笙等管樂(lè)器的發(fā)聲、液固相互作用時(shí)(如水管內(nèi))突發(fā)的喘振，樹(shù)梢或電線在狂風(fēng)中呼嘯，都是常見(jiàn)的例子。
其中值得一講的是輸電線、煙囪等，在均勻氣流激勵(lì)下的自激振動(dòng)過(guò)程。在雷諾數(shù)大約超過(guò)50以后，路過(guò)圓柱體的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生卡門渦街(Karman Vortex Street)，如圖所示。
均勻氣流吹過(guò)圓柱形固體時(shí)，會(huì)在其背后的兩側(cè)輪流產(chǎn)生不對(duì)稱的內(nèi)卷渦旋。它們產(chǎn)生在柱體上部為順時(shí)針，下部為逆時(shí)針轉(zhuǎn)向。此種渦旋迭加在原來(lái)的均勻流速上。當(dāng)渦旋在柱體下部形成時(shí)，柱體上層氣流速度較下層為大。因空氣動(dòng)力學(xué)原因，風(fēng)對(duì)柱體有一個(gè)向上的升力。
反之，渦旋在柱體上部形成時(shí)，風(fēng)對(duì)柱體產(chǎn)生一個(gè)向下的作用力，這種橫向力使柱體產(chǎn)生橫向加速度。因順時(shí)針和逆時(shí)針的兩種渦旋交替生成(即先在上方生成順時(shí)針隨后在下方生成逆時(shí)針，然后再在上方生成順時(shí)針，以此類推)，導(dǎo)致柱體發(fā)生橫向的振動(dòng)。實(shí)驗(yàn)研究表明，渦旋產(chǎn)生的頻率f(1/T)、柱體直徑D與均勻氣流速度v之間的關(guān)系是f=0.22v/D(見(jiàn)莊表中、黃志強(qiáng)《振動(dòng)分析基礎(chǔ)》科學(xué)出版社，北京1985版P132。)
當(dāng)這個(gè)頻率和柱體的橫向固有頻率接近或相同時(shí)，會(huì)發(fā)生自激共振，這意味著由于粘滯性，柱體的橫向振動(dòng)，會(huì)對(duì)不同轉(zhuǎn)向的渦旋產(chǎn)生不同的作用。例如，向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)柱體后部的順時(shí)針渦旋比反時(shí)針渦旋的生成更有利，加快渦旋從柱體上滑脫這相當(dāng)于振動(dòng)的柱體以自己的固有頻率對(duì)橫向的能量輸入進(jìn)行控制(反饋)，形成自激振動(dòng)，它可以導(dǎo)致輸電線的上下抖動(dòng)，潛水艇上潛望鏡的搖動(dòng)，甚至?xí)虬l(fā)生共振而導(dǎo)致橋梁的毀壞。
例如，建在美國(guó)華盛頓州普捷特海峽一個(gè)分叉上的塔科瑪(Tacoma)海峽大橋，在交付使用僅幾個(gè)月后。于1940年的一個(gè)早晨，在海峽的中高速風(fēng)力(風(fēng)速為19 m/s)作用下坍塌。但奇怪的是，包括跨越普捷特海峽源頭處大橋在內(nèi)的其它吊橋，卻安然無(wú)恙。
現(xiàn)在最好的解釋如下：平穩(wěn)氣流流經(jīng)吊橋形成的卡門渦街，它施給這個(gè)富于彈性的橋以上下方向的橫向力的頻率，接近于吊橋在豎直方向的固有振動(dòng)頻率，這種振動(dòng)就象吉它琴弦的駐波振動(dòng)那樣。但是，單單這樣還不致于造成毀壞性的后果。除了豎直方向的駐波振動(dòng)外，還能在橋上形成扭變駐波。一般地講，這兩種駐波的頻率相去甚遠(yuǎn)，可是塔科瑪?shù)鯓虻倪@兩個(gè)頻率卻非常接近：豎直方向?yàn)?次/分，而扭變頻率為10次/分。這就導(dǎo)致豎直方向受激共振的能量轉(zhuǎn)變成扭變運(yùn)動(dòng)的能量，最終導(dǎo)致吊橋的坍塌。
亥姆霍茲共振原理可以讓揚(yáng)聲器通過(guò)音箱的倒相管輸出強(qiáng)烈的低頻共振。介質(zhì)是空氣。
次聲波可以穿透鋼鐵、混凝土，讓人體大腦、內(nèi)臟共振破裂。單人次聲波武器很便宜，很容易制作，它可以消滅裝甲部隊(duì)的士兵。音箱改裝成次聲波武器。線陣音箱。
大壩上游的水底沉船可以利用卡門渦街產(chǎn)生低頻次聲波，相當(dāng)于揚(yáng)聲器，而大壩的導(dǎo)流底孔可以起倒相管的作用，輸出強(qiáng)烈共振的次聲波，引發(fā)附近地震。介質(zhì)是水。
三峽大壩的上游圍堰拆除時(shí)，故意在水下留了一段沒(méi)有爆破成功，這就是三峽大壩的揚(yáng)聲器。
沿海的沉船的卡門渦街產(chǎn)生低頻次聲波，而入海的江河就是倒相管，它產(chǎn)生的次生波驅(qū)趕走了遷飛的鳥(niǎo)、蟲，洄游的魚、蝦、龜?shù)?，?dǎo)致無(wú)法成云、降水。
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