임계 감쇠 계산기
질량-스프링 시스템의 임계 감쇠계수, 고유 각진동수와 감쇠비를 구하세요.
이차 시스템 해석
질량, 강성 및 설치된 감쇠기의 감쇠계수를 일관된 SI 단위로 입력하세요.
임계 감쇠란
임계 감쇠는 선형 이차 시스템에서 진동 운동과 비진동 운동을 나누는 경계입니다. 스프링에 연결된 질량은 운동에너지와 위치에너지를 저장하고 감쇠기는 에너지를 소산합니다. 감쇠가 정확히 임계값이면 변위가 생긴 질량이 평형점을 지나 진동하지 않고 가능한 한 빠르게 평형으로 돌아갑니다. 이 특성은 계측기, 차량 현가장치 연구, 도어 클로저, 모션 스테이지 및 오버슈트를 제한해야 하는 제어 시스템에 유용합니다.
단순한 질량-스프링-감쇠기 모델에서 임계 감쇠계수는 질량과 강성의 곱에 대한 제곱근의 두 배입니다. 질량을 킬로그램, 강성을 뉴턴 매 미터로 쓰면 계수는 뉴턴초 매 미터로 표시됩니다. 비감쇠 고유 각진동수는 강성을 질량으로 나눈 값의 제곱근이며 라디안 매 초로 표시됩니다. 이 식은 선형 스프링, 점성 감쇠, 집중 질량과 하나의 지배적 자유도를 가정합니다.
감쇠비는 실제 감쇠계수와 임계값의 비입니다. 일보다 작으면 부족 감쇠로, 일반적으로 진폭이 줄어들며 진동합니다. 일이면 임계 감쇠입니다. 일보다 크면 과감쇠로, 진동하지 않지만 보통 임계 감쇠 시스템보다 느리게 복귀합니다. 감쇠가 영이면 감쇠비도 영이며 이상적인 비감쇠 모델을 나타냅니다.
실제 조립체는 마찰이 점성이 아닐 수 있고 강성이 변위에 따라 바뀌며 구조에 여러 진동 모드가 있어 이 모델에서 벗어날 수 있습니다. 유효 질량과 강성은 같은 모드와 좌표에 대응해야 합니다. 단위도 중요하므로 입력 전에 그램은 킬로그램으로, 킬로뉴턴 매 미터는 뉴턴 매 미터로 변환하세요. 결과를 설계 추산치로 보고, 안전·승차감·정밀도가 감쇠 거동에 달려 있다면 측정한 과도 응답이나 고차 시뮬레이션과 비교하세요. 계산기는 관련된 세 물리량을 함께 표시해 필요한 감쇠기와 현재 응답 상태를 동시에 평가하도록 합니다.
임계 감쇠 예시
SI 단위를 사용하는 이상적인 단일 자유도 예시입니다.
| 입력값 | 결과 | 해석 |
|---|---|---|
| m = 1 kg, k = 100 N/m, c = 10 N·s/m | 임계 c = 20 N·s/m; 감쇠비 = 0.5 | 시스템은 부족 감쇠 상태입니다. |
| m = 4 kg, k = 25 N/m, c = 20 N·s/m | 임계 c = 20 N·s/m; 감쇠비 = 1 | 시스템은 임계 감쇠 상태입니다. |
| m = 2 kg, k = 50 N/m, c = 30 N·s/m | 임계 c = 20 N·s/m; 감쇠비 = 1.5 | 시스템은 과감쇠 상태입니다. |
임계 감쇠 계산 방법
- 움직이는 유효 질량을 킬로그램으로 입력하세요.
- 스프링 강성을 뉴턴 매 미터로 입력하세요.
- 실제 점성 감쇠계수를 뉴턴초 매 미터로 입력하세요.
- 감쇠 계산을 선택하고 감쇠비를 일과 비교하세요.
자주 묻는 질문
임계 감쇠 공식은 무엇인가요?
임계 계수는 질량과 강성의 곱에 대한 제곱근의 두 배입니다. 표준 선형 질량-스프링-감쇠기 모델에 적용됩니다.
감쇠비가 일이면 무엇을 뜻하나요?
실제 감쇠가 임계 감쇠와 같다는 뜻입니다. 이상적인 모델은 진동 없이 빠르게 평형으로 복귀합니다.
부족 감쇠 시스템이란 무엇인가요?
감쇠비가 일보다 작은 시스템입니다. 응답이 평형점을 지나 진동하며 진폭은 점차 줄어듭니다.
고유 진동수를 라디안 매 초로 표시하는 이유는 무엇인가요?
식에서 직접 구하는 값이 라디안 매 초 단위의 각진동수이기 때문입니다. 이를 원주율의 두 배로 나누면 헤르츠 단위의 진동수가 됩니다.
그램이나 킬로뉴턴을 바로 써도 되나요?
표시된 SI 식과 단위에는 바로 쓸 수 없습니다. 계산 전에 질량을 킬로그램으로, 강성을 뉴턴 매 미터로 변환하세요.