为什么共振能释放出巨大的能量?
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发布时间：2022-05-07 11:16
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时间：2023-10-28 14:39
共振是在外载荷激励下，激励频率与结构固有频率一致时振幅增大的现象。共振本身不是释放能量的过程。相反，共振实际上是一个在外部载荷下积累能量的过程。当累积的能量超过结构所能承受的极限时，就会被破坏，这就是能量的释放。结构破坏释放的能量没有被放大，仍然遵循能量守恒定律。
1.共鸣的故事
说到共鸣，相信很多小朋友都听过小和尚的故事。有一个小和尚，他有一个乐器钹，挂在房间里。晚上钹会自己响，吓到小和尚。后来，老和尚发现，只要寺庙里的大钟敲门，小钹就会自己响。老和尚毕竟是有经验的，就拿起锉刀在钹上砍了两下。从此，钹再也没有响过。
2.共振原理
在上面的短篇小说中，钹受到大钟的影响。大钟被击中后，他发出声波，声波被传播到小钹，于是小钹开始振动。当传播的声波的频率接近小钹，的振动频率时，振动的振幅变得非常大，因此小钹开始发出声音。这里，大钟传播的声波是一种外部激励。外部载荷不仅仅是声波，对物体的所有其他作用都可以是外部载荷，通常以力的形式表示。这是共振的首要因素，也就是有外界的激发。
共振的另一个因素是结构的固有频率。固有频率是结构的一个属性，与材料、结构形状、约束形式有关。机械上，固有频率有严格的求导过程，从N自由度运动微分方程出发，经过数学处理得到频率方程。
这是一个与有关的多项式。根据这个方程，可以得到n ，即n个固有频率。从这个固有频率的推导过程来看，固有频率是结构发生谐波位移时的运动频率。得到固有频率后，就可以得到谐波位移的具体表达式，即得到结构的形成。
对于复杂结构，单纯通过求解运动微分方程来获得固有频率是不现实的。可以用有限元法计算。如上所示，通过使用有限元软件获得结构的固有频率和模态形状。
当外荷载的激励频率接近结构本身的固有频率时，结构的振动会越来越大，如上图所示。所以共振频率和固有频率其实是两个概念，数值相近，但不一定相等。
3.共振的危害
结构共振是工程中不可避免的情况，因为它会导致结构的振动幅度越来越大，直至整个结构被破坏。历史上最著名的共振事件是美国塔科马桥共振的倒塌在1940年建成的斜拉索桥，在中等风速的作用下，风的作用频率接近桥面的固有频率，于是发生了事故。当时刚好有记者在现场，拍下了这张珍贵的照片。事后有学者对桥梁进行分析，发现当风速为19m/s的风吹过桥面时，涡流的频率(如下图)接近桥面的固有频率。共振是风毁桥的罪魁祸首！
4.共振能量
知道了共振的原理，相信我们就知道共振的能量来自哪里了。事实上，结构在外部载荷的激励下会发生振动。在这个过程中，外界总是向结构输入能量，这种能量一部分通过变形转化为应变能，另一部分通过振动耗散掉。结构能够储存的应变能是有限的。当结构不能再储存时，就是结构被破坏的时候。因此，当共振发生时，结构的振动幅度和变形越来越大，储存的变形能量越来越大。
所以共振过程是一个积累能量的过程，积累的能量来自于外界的输入。当损伤发生时，储存在结构中的能量以断裂的形式释放出来。释放的能量并不巨大，与材料的断裂能和断裂面积有关。例如金属的断裂能约为60KJ/m2。
5.摘要
总之，共振破裂时释放的能量来自外部输入，其能量值并不巨大，主要与结构和材料有关。
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时间：2023-10-28 14:39
共振是在外载荷激励下，激励频率与结构固有频率一致时振幅增大的现象。共振本身不是释放能量的过程。相反，共振实际上是一个在外部载荷下积累能量的过程。当累积的能量超过结构所能承受的极限时，就会被破坏，这就是能量的释放。结构破坏释放的能量没有被放大，仍然遵循能量守恒定律。
1.共鸣的故事
说到共鸣，相信很多小朋友都听过小和尚的故事。有一个小和尚，他有一个乐器钹，挂在房间里。晚上钹会自己响，吓到小和尚。后来，老和尚发现，只要寺庙里的大钟敲门，小钹就会自己响。老和尚毕竟是有经验的，就拿起锉刀在钹上砍了两下。从此，钹再也没有响过。
2.共振原理
在上面的短篇小说中，钹受到大钟的影响。大钟被击中后，他发出声波，声波被传播到小钹，于是小钹开始振动。当传播的声波的频率接近小钹，的振动频率时，振动的振幅变得非常大，因此小钹开始发出声音。这里，大钟传播的声波是一种外部激励。外部载荷不仅仅是声波，对物体的所有其他作用都可以是外部载荷，通常以力的形式表示。这是共振的首要因素，也就是有外界的激发。
共振的另一个因素是结构的固有频率。固有频率是结构的一个属性，与材料、结构形状、约束形式有关。机械上，固有频率有严格的求导过程，从N自由度运动微分方程出发，经过数学处理得到频率方程。
这是一个与有关的多项式。根据这个方程，可以得到n ，即n个固有频率。从这个固有频率的推导过程来看，固有频率是结构发生谐波位移时的运动频率。得到固有频率后，就可以得到谐波位移的具体表达式，即得到结构的形成。
对于复杂结构，单纯通过求解运动微分方程来获得固有频率是不现实的。可以用有限元法计算。如上所示，通过使用有限元软件获得结构的固有频率和模态形状。
当外荷载的激励频率接近结构本身的固有频率时，结构的振动会越来越大，如上图所示。所以共振频率和固有频率其实是两个概念，数值相近，但不一定相等。
3.共振的危害
结构共振是工程中不可避免的情况，因为它会导致结构的振动幅度越来越大，直至整个结构被破坏。历史上最著名的共振事件是美国塔科马桥共振的倒塌在1940年建成的斜拉索桥，在中等风速的作用下，风的作用频率接近桥面的固有频率，于是发生了事故。当时刚好有记者在现场，拍下了这张珍贵的照片。事后有学者对桥梁进行分析，发现当风速为19m/s的风吹过桥面时，涡流的频率(如下图)接近桥面的固有频率。共振是风毁桥的罪魁祸首！
4.共振能量
知道了共振的原理，相信我们就知道共振的能量来自哪里了。事实上，结构在外部载荷的激励下会发生振动。在这个过程中，外界总是向结构输入能量，这种能量一部分通过变形转化为应变能，另一部分通过振动耗散掉。结构能够储存的应变能是有限的。当结构不能再储存时，就是结构被破坏的时候。因此，当共振发生时，结构的振动幅度和变形越来越大，储存的变形能量越来越大。
所以共振过程是一个积累能量的过程，积累的能量来自于外界的输入。当损伤发生时，储存在结构中的能量以断裂的形式释放出来。释放的能量并不巨大，与材料的断裂能和断裂面积有关。例如金属的断裂能约为60KJ/m2。
5.摘要
总之，共振破裂时释放的能量来自外部输入，其能量值并不巨大，主要与结构和材料有关。
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时间：2023-10-28 14:39
共振是在外载荷激励下，激励频率与结构固有频率一致时振幅增大的现象。共振本身不是释放能量的过程。相反，共振实际上是一个在外部载荷下积累能量的过程。当累积的能量超过结构所能承受的极限时，就会被破坏，这就是能量的释放。结构破坏释放的能量没有被放大，仍然遵循能量守恒定律。
1.共鸣的故事
说到共鸣，相信很多小朋友都听过小和尚的故事。有一个小和尚，他有一个乐器钹，挂在房间里。晚上钹会自己响，吓到小和尚。后来，老和尚发现，只要寺庙里的大钟敲门，小钹就会自己响。老和尚毕竟是有经验的，就拿起锉刀在钹上砍了两下。从此，钹再也没有响过。
2.共振原理
在上面的短篇小说中，钹受到大钟的影响。大钟被击中后，他发出声波，声波被传播到小钹，于是小钹开始振动。当传播的声波的频率接近小钹，的振动频率时，振动的振幅变得非常大，因此小钹开始发出声音。这里，大钟传播的声波是一种外部激励。外部载荷不仅仅是声波，对物体的所有其他作用都可以是外部载荷，通常以力的形式表示。这是共振的首要因素，也就是有外界的激发。
共振的另一个因素是结构的固有频率。固有频率是结构的一个属性，与材料、结构形状、约束形式有关。机械上，固有频率有严格的求导过程，从N自由度运动微分方程出发，经过数学处理得到频率方程。
这是一个与有关的多项式。根据这个方程，可以得到n ，即n个固有频率。从这个固有频率的推导过程来看，固有频率是结构发生谐波位移时的运动频率。得到固有频率后，就可以得到谐波位移的具体表达式，即得到结构的形成。
对于复杂结构，单纯通过求解运动微分方程来获得固有频率是不现实的。可以用有限元法计算。如上所示，通过使用有限元软件获得结构的固有频率和模态形状。
当外荷载的激励频率接近结构本身的固有频率时，结构的振动会越来越大，如上图所示。所以共振频率和固有频率其实是两个概念，数值相近，但不一定相等。
3.共振的危害
结构共振是工程中不可避免的情况，因为它会导致结构的振动幅度越来越大，直至整个结构被破坏。历史上最著名的共振事件是美国塔科马桥共振的倒塌在1940年建成的斜拉索桥，在中等风速的作用下，风的作用频率接近桥面的固有频率，于是发生了事故。当时刚好有记者在现场，拍下了这张珍贵的照片。事后有学者对桥梁进行分析，发现当风速为19m/s的风吹过桥面时，涡流的频率(如下图)接近桥面的固有频率。共振是风毁桥的罪魁祸首！
4.共振能量
知道了共振的原理，相信我们就知道共振的能量来自哪里了。事实上，结构在外部载荷的激励下会发生振动。在这个过程中，外界总是向结构输入能量，这种能量一部分通过变形转化为应变能，另一部分通过振动耗散掉。结构能够储存的应变能是有限的。当结构不能再储存时，就是结构被破坏的时候。因此，当共振发生时，结构的振动幅度和变形越来越大，储存的变形能量越来越大。
所以共振过程是一个积累能量的过程，积累的能量来自于外界的输入。当损伤发生时，储存在结构中的能量以断裂的形式释放出来。释放的能量并不巨大，与材料的断裂能和断裂面积有关。例如金属的断裂能约为60KJ/m2。
5.摘要
总之，共振破裂时释放的能量来自外部输入，其能量值并不巨大，主要与结构和材料有关。
