Vaimennusvoima

Vaimennusvoima on voima, joka vastustaa liikettä ja muuntaa kineettisen energian lämmöksi tai muuksi sisäiseksi energiaksi. Se syntyy monissa järjestelmissä, joissa liike kohtaa vastustusta: nesteen viskositeetti, ilmanvastus, liukupintojen kitka sekä jousien ja muiden mekanismien sisäinen vaimennus. Vaimennus vähentää värähtelyn amplitudia ja pidentää järjestelmän dynaamista tasapainoa.

Lineaarisessa viskoosissa vaimennuksessa voima on suoraan nopeuden funktiona: F = -c v, missä c on vaimennuskerroin ja sen yksikkö on N·s/m. Tällainen malli kuvaa esimerkiksi nestepohjaisia dashpot-tyyppisiä vaimennuksia. Ultrakuormilla voidaan esiintyä epälineaarista vaimennusta, kuten F = -d v|v|. Eri vaimennusmekanismit voivat sulautua toisiinsa.

Systeemin perusmuoto on massan m ja jousen k yhdistetty vaimennuksella: m x'' + c x' + k x = 0. Kun määrätään ω_n = sqrt(k/m) ja damping-kerroin ζ = c/(2 sqrt(k m)), järjestelmä voi olla alavaimennettu (ζ < 1), kriittisesti vaimennettu (ζ = 1) tai ylivaimennettu (ζ > 1). Vaimennus muuttaa värähtelyn energian poistumista nopeammin ja vaikuttaa resonanssiin sekä vasteaikaan.

Vaimennusvoima on keskeinen tekijä esimerkiksi ajoneuvojen jousituksessa, rakennusten ja sillojen dynaamisessa turvallisuudessa sekä koneistojen ja elektronisten laitteiden hallinnassa. Suunnittelussa mitataan ja optimoidaan vaimennuskyky esimerkiksi Q-kertoimen, logaritmisen dekrementin ja vasteaikojen avulla, jotta sekä toiminnallisuus että turvallisuus täyttyvät.