- 1、本文档共50页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
03-2 杆的纵向振动与轴的扭转振动
固有频率方程 圆轴扭转振动示意图。 6.3 轴的扭转振动 ★已知: ?(x)为轴单位体积的质量; I(x)为轴单位长度的转动惯量; J?(x)为轴横截面的极惯性矩; f(x,t)为作用于轴上的分布扭矩。 L为轴长;G为剪切弹性模量。 ★以?(x,t)表示x截面的角位移。 ★微元受力图 ★假设: (1)理想弹性体; (2)轴的横截面在扭转振动中仍保持为平面作整体运动,即忽略扭转振动时截面的翘曲。 ★取微段dx,由材料力学知,轴的扭转应变为 ,作用于微段dx两侧截面上的扭矩分别为 微段运动微分方程为 整理得 ★上式为圆轴扭转振动的偏微分方程。 ★若单位长度的转动惯量I(x)=I=常数,单位体积的质量?(x)=?=常数,截面极惯性矩J?(x)= J?=常数,且有I=? J?。则轴扭转振动的偏微分方程为 ★弦的横向振动、杆的纵向振动以及轴的扭转振动具有相同形式的偏微分方程。 当f(x,t)=0,圆轴扭转自由振动偏微分方程为 或 式中 a表示剪切弹性波沿x轴的传播速度。 燕山大学机械工程学院 School of Mechanical Engineering, Yanshan University ★假设: (1)杆的横截面在振动时始终保持为平面,并作整体运动; (2)略去杆纵向伸缩引起的横向变形。 已知: (1)杆的单位体积的质量为?(x),截面积为A(x),杆长为L,弹性模量为E; (2)杆受分布力f(x,t)作用作纵向振动。 3.2 杆的纵向振动 坐标:以u(x,t)表示杆x截面在时刻t的位移,即位移是截面位置x和时间t的二元函数。 ★在杆上取微段dx。微元受力如图所示。微元纵向应变为 ★x截面上的内力为N; x+dx截面上的内力为 ★内力N是x, t的函数 ★根据牛顿运动定律得 杆纵向振动的偏微分方程为 ★若杆的单位体积质量?(x)=?=常数,截面积A(x)=A=常数,杆纵向振动的偏微分方程简化为 如果f(x,t)=0,则杆纵向自由振动的偏微分方程为 a为弹性波沿x轴的传播速度。 类似于弦的横向振动,仍然采用分离变量法求解杆纵向振动的偏微分方程。设u(x,t)表示为 杆纵向自由振动的偏微分方程可以分解为两个常微分方程 式中: C, D为待定常数,由两个端点的边界条件决定。 两个常微分方程的解 式中: A, B为待定常数,由两个初始条件决定。 固有频率为 振型函数为 边界条件对固有频率、振型的影响 (1)两端固定 固定端的变形必须为零,所以固定端的边界条件为 将边界条件代入振型函数 D=0 C=1 C=0 D=1 固有频率为 振型函数为 (2)两端自由 自由端的应力为零,即应变为零,自由端的边界条件为 ?=0,杆作刚体纵向平动 D=0 C=1 (3)一端固定一端自由的杆 边界条件为 由此得 频率方程为 固有频率为 振型函数为 对于上述三种边界条件:两端固定的杆; 两端自由的杆; 一端固定、一端自由的杆。 前三阶振型图为: 解:上端固定的边界条件为 下端具有附加质量M,在振动时产生对杆端的惯性力。取质块为研究对象,杆对质块的作用力方向向上,下端点的边界条件为 例-1 求如图所示的上端固定、下端有一附加质量M的等直杆作纵向振动的固有频率和振型函数。 实例 考虑到 故下端边界条件为 由顶端边界条件 U(0)=0 由下端边界条件 固有频率方程 因a2=E/?。整理后得 上式为特征方程,即固有频率方程。方程左边为杆的质量与附加质量的比值。当给定比值后,通过数值法可以求得各个固有频率?r的数值解,也可以用作图求出。 固有频率方程变化为 设质量比?AL/M=1,?=?L/a,则特征方程简化为 作出tg?和1/?两个图形,如图所示。两个图形的交点?1和?2,…,便是各阶固有频率。 M=0,即一端固定、一端自由的杆 ★与一端固定一端自由的等直杆比较,杆下端的附加质量增加了系统质量,从而使固有频率明显地降低。 ★如果杆的质量相对附加质量很小,?AL/M1, ?1亦为小值,可近似地取tg?1??1,因此特征方程可以简化为 由此计算得基频 式中k=EA/L为杆本身的抗拉刚度,M为附加质量。 因 ?=?L/a ★这一结果与单自由度系统的结果相同,说明在计算基频时,如果杆本身质量比悬挂的质量小得多时,可以略去杆的质量。 ★若进一步取 ★将第一次的近似 =?AL/M代入上式,可得 ★例如,当?A
文档评论(0)