单自由度系统强迫振动实验.PPT

理论力学振动实验(二) 1、单自由度系统自由衰减振动实验 2、单自由度系统强迫振动实验 祖正华 2014-10 力学基础教学实验中心 从广义上讲，如果表征某一种运动的物理量作时而增大时而减小的反复变化，可称这种运动为振动。 一、振动概述和定义: 1、耳膜和声带的振动; 2、桥梁和建筑物在风载和地震作用下的振动; 3、飞机、汽车和轮船运行中的振动; 4、机床和刀具在加工时的振动。 如果这种振动是一些机械量或力学量，如物体的位移、速度、加速度、应力及应变等等，那么这种振动便称为机械振动。 振动是自然界最普遍的现象之一。大至宇宙，小至原子、粒子，无不存在着振动。但是，对于大多数的工程系统来说,机械振动是有害的，它往往是造成零部件、结构、系统失效或破坏的直接原因。 （手机、电视机信号的传送是振动吗？属于机械振动吗？） 机械振动 是系统在其静平衡位置附近作的往复运动。 图一、地震使公路桥和房屋垮塌 图二、风载使Tacoma Narrowe吊桥产生振动而垮塌 图三、雪灾使高压输电铁塔垮塌 图四、因跳舞的节奏引起共振使高架人行桥垮塌 图五、高频液压振动打桩机（利用振动） 二、机械振动解决的问题： 系统 （输入） 激励 （输出） 响应 通常的研究对象称为——系统（研究对象） 外部激振力等因素称为——激励（输入） 系统发生的振动称为——响应（输出） 1、机械振动的三个环节 1、振动设计 2、 系统识别 3、环境预测 系统 （输入） 激励 （输出） 响应 √ √ ? 第一类问题：已知激励和系统，求响应 验算结构、产品、零部件等等在工作时的动力响应（如变形、位移、应力、应变等）是否满足预定的安全要求和其它要求，也为振动设计提供依据 。 称为振动设计 2、机械振动的三类问题 主要任务： 系统 （输入） 激励 （输出） 响应 ? √ √ 第二类问题：已知激励和响应，求系统 获得系统的物理参数（如质量、刚度、阻尼系数等）和认识系统振动的固有特性（如固有频率、主振型等）。 称为系统识别 主要任务： 系统 （输入） 激励 （输出） 响应 ? √ √ 第三类问题：已知系统和响应，求激励 主要任务：测评环境的影响 称为环境预测 例如：为了避免产品在公路运输中的损坏，需要通过实地行车记录汽车振动和产品振动，以估计运输过程中是怎样的一种振动环境，运输过程对于产品是怎样的一种激励，这样才能有根据地为产品设计可靠的减震包装 。 （测评转子不平衡质量的大小和分布） 三、机械振动系统的力学模型： 1、振动系统的三要素：质量、刚度、阻尼 a、质量是感受惯性的元件； b、刚度是感受弹性的元件； c、阻尼是消耗能量的元件。 2、描述振动系统的两类力学模型： a、连续系统模型（无限多自由度系统；分布参数系统） 所用的数学工具为——偏微分方程 b、离散系统模型（多自由度系统；单自由度系统） 所用的数学工具为——常微分方程 3、单自由度振动系统的简化： ▲ ● 质量块 简支梁 m S(t)=Hsinρt 当 且为小阻尼时，系统为自由衰减振动 当 且为小阻尼时，系统为强迫振动 该系统的振动微分方程： 激振力 振动系统 当 且为无阻尼时，系统为自由振动 铰支座 四、本实验振动系统和测试系统： 简支梁 传感器 激振器 质量块 吸振器 隔振器 非接触激振器 测振仪 激振信号源 数据采集器 计算机 悬臂梁 五、自由衰减振动和强迫振动实验目的： 1、了解振动系统和测振系统的组成及原理； 2、了解单自由度系统振动模型的有关概念； 3、学习用衰减振动波形及共振法测试振动系统固有频率的原理和方法； 5、测定简支梁振动系统的固有频率、周期、阻尼比及幅频特性曲线； 六、实验仪器及设备： 1、简支梁振动系统； 2、ZG-1型传感器2只； 3、SJF-3型激振信号源； 4、SCZ2-3型测振仪； 5、JZ-1型激振器； 6、虚拟测试系统。 七、实验步骤：单自由度系统自由衰减振动 (1)将传感器置于集中质量块上，输出端接测振仪。 (2)在计算机屏幕上点击左下角“退出系统”处按［单］，进入FFT频 谱分析仪。 (3)点击左下角“数据源”处按扭［再线］，采样参数选择：频道1024Hz、通道1或2、采样长度取5。 (4)参数设定好后，点