自励振動
流体を系に含む機械や構造物において流体を原因として発生する自励振動。後流渦を原因とする場合は渦振動とも呼ぶ。流体関連振動とも呼び、自励振動に限らずに流体が関連する振動全般を指す場合もある。
自励振動を発生させる基本原理は以下の3つである。
非振動的エネルギーが与えられる場にあること
非振動エネルギーを励振力に変える機構・特性を系が有していること
初期外乱が与えられること
自励振動の特徴として、一旦発生するとその特性から振動が継続するが、発生しない平衡状態にあるときは全く振動しないという特徴がある。自励振動を防ぐ場合の対策は、具体的には個々の対象物の制約条件により決まるが、上記の発生条件を無くす・変えること、あるいは適切な減衰を加えることなどである。
自励振動系の典型例は減衰力の符号が負となった形で与えられるもので、減衰力が速度と同じ向きに作用することで、通常の減衰力とは異なり、時間の経過と共に振動系にエネルギを流入させていくこととなる。このような減衰力を負性抵抗、負の減衰力などと呼ぶ。1自由度のばね-質量-ダンパー系で負性抵抗を持つ場合を考えると以下の運動方程式で与えられる。
m x ̈ − c x ̇ + k x = 0 {\displaystyle m{\ddot {x}}-c{\dot {x}}+kx=0}
c < 2 m k {\displaystyle c<2{\sqrt {mk}}} であれば、一般解は以下のようになる。