감쇠계수 - damping coefficient

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고무줄의 한쪽 끝을 천정에 매달고 반대 편 끝에 금속으로 만든 구슬을 달아 고무줄을 어느 정도 잡아당긴 후 살며시 놓는다고 가정하자. 금속 구슬은 곧바로 아래 위로 진동하게 되지만 시간이 지날수록 위 아래로 진동하는 폭이 줄어들면서 일정 시간이 경과하면 어느 지점에서 완전히 정지하게 될 것이다. 지구 중력에 의해 금속 구슬은 지면으로 낙하하려는 운동에너지와 고무줄이 잡아당기는 탄성에너지만 존재한다면, 금속방울은 시간이 경과하여도 일정한 폭을 유지하면서 무한히 진동하여야 한다. 하지만 그렇지 않은 이유는 감쇠(damping)라 불리는 요인이 존재하기 때문이다.

맨 처음 고무줄을 잡아당기면 금속 구슬은 일정량의 탄성에너지를 제공받게 되고, 이 탄성에너지가 금속 구슬의 운동에너지로 전환되었다가 다시 탄성에너지로 전환되는 에너지 변환과정을 반복하면서 아래 위로 진동하게 된다. 감쇠가 없다면 금속 구슬이 가진 전체 에너지의 손실은 없기 때문에 무한히 진동하게 되겠지만, 실제로는 진동하는 과정에서 감쇠에 따른 에너지 손실이 계속해서 발생하게 된다. 다시 말해, 처음 고무줄을 잡아당김으로써 제공받은 탄성에너지가 감쇠로 인해 모두 손실되는 시점에서 금속 구슬은 정지하게 된다. 여기서 감쇠는 공기의 저항과 고무 내부에 존재하는 점성(viscosity)에 기인한다.

감쇠계수란 물체의 운동을 방해하려는 물체의 단위 속도당의 힘으로 정의된다. 감쇠의 종류에는 유체감쇠라 불리는 점성감쇠(viscous damping), 마찰감쇠라 불리는 쿨롱감쇠(Coulomb damping) 그리고 고체감쇠라 불리는 히스테리 감쇠(hysteric damping)가 있다. 그리고 감쇠계수를 해당 물체의 임계감쇠(critical damping)로 나눈 상대적인 비를 감쇠비(damping ratio)로 정의하고 있다.

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