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机械振动学结课论文
机械振动学课程总结报告
机械振动学基础
引言
机械系统振动问题的研究包括以下几方面的内容:
建立物理模型;
建立数学模型;
方程的求解;
结果的阐述。
利用振动:
振动筛选。振动给料机,振动粉碎机;
测量传感器。地震仪;
其他。
振动害处:
1、1940年美国塔克马海峡吊桥坍塌;
2、1972年日本海南电厂的66瓦发电机组主轴断裂分散;
我国的运输受损;
影响机械使用寿命;
噪声。
振动的三类问题:
动力响应问题,正问题;
系统辨识,第一个逆问题;
环境预测,第二个逆问题。
振动系统分类:
按运动微分方程的形式可分为:
按激励的有无和性质可分为:
机械振动的运动学概念
从运动学的观点看,机械振动是研究机械振动的某些物理量在某一数值近旁随时间t变化的规律。如果这种规律是确定的,则可以用函数关系式:x=x(t)来描述其运动。
周期运动:运动的函数值,对于相差常数T的不同时间有相同的数值,亦即可以用周期函数x(t)=x(t+nT) n=1、2……来表示。其中,T——运动往复一次所需的时间间隔,叫做振动的周期;f——周期的倒数,叫做振动的频率。
非周期振动:没有一定的周期的运动。如机械系统收到冲击而产生的振动,旋转机械在启动过程中产生的振动。
随机振动:不能用确定的时间函数来表达的运动,我们无法预测某一时刻振动物理量的确定值,这类问题要用概率统计的方法研究。如车辆在行走过程中的振动。
简谐振动——最简单的振动
位移-时间函数(三角函数式):
式中:A——运动的最大位移,叫做振幅;——决定了开始振动是点的 位置,叫做初相角,有;——叫做角频率或圆频率,。
速度-时间函数:。
加速度-时间函数:。
简谐振动的重要特征:其加速度与位移成正比,而方向与位移相反,始终指向平衡 位置。
简谐振动的合成:
构成机械振动系统的基本元素
构成机械振动的基本元素有惯性,恢复性和阻尼。
惯性——保持动能的元素;
恢复性——贮存势能的元素;
阻尼——是能量散逸的元素。
自由度与广义坐标
自由度数——物体在约束条件下运动时,用于确定其位置所需的独立坐标数。
质点在空间作自由运动自由度数为3,由n个质点组成的质点系其自由度数为
3n;刚体的自由度数为6;弹性体,塑形体和流体等变形体的自由度数为无限多
个。
广义坐标——在广义坐标之间不存在约束条件,它们是独立的坐标,广义坐标必须能完整的
描述系统的运动,其因次不一定是长度。
单自由度系统
概述
任何一个单自由度系统都可以用这样一个理论模型来描述:它是由理想的质量m,理想的弹簧k和理想的阻尼c三个基本元件组成的系统。该系统只沿一个方向运动,如果系统还受到外力的作用,则外力也只沿这一方向。
单自由度系统是最简单的振动系统,分析它所得的概念、原理和方法是机械振动学的基础。
叠加原理:几个激励函数共同作用产生的总响应是各个响应函数的总和。即意味着一个
激励的存在不影响另一个激励引起的响应。
它是一个系统成为线性系统的必要条件。线性系统、线性方程满足叠加原理;
对于非线性系统,叠加原理不成立。
一般来说,实际的机械系统都是非线性系统。如果运动是在平衡位置近旁的微幅运动,就可以用一个线性微分方程来近似描述,进行分析和研究它的运动规律。线性系统是在一定条件下对非线性系统的近似,而微幅运动是线性化的重要前提。
无阻尼自由振动
在有些情况下,阻尼很小,对系统运动的影响甚微,因此略去阻尼,是c=0,系统就成为一个无阻尼单自由度系统。(*质量为m的质量块和弹簧常数为k的弹簧是组成振动系统最基本的元件,是不可缺少的,否则,就不会发生振动。*)如下图:
当F(t)0时,即未收到外力时,系统就成为一个自由振动系统。
单自由度无阻尼系统的运动方程:
说明:1、质量块的重力只对弹簧的静变形有影响,只对系统的静平衡位置有影响,
而不会对系统在平衡位置近旁的振动的规律产生影响。故我们取系统的
静平衡位置作为空间坐标的原点。
2、-kx称为弹簧的恢复力,它的大小与位移乘正比,方向与位移相反,始
终指向静平衡位置。——简谐振动的特点
令,则系统的运动方程为:
对于确定的初始条件,系统发生某种确定的运动为:,它是由两个相同频率的简谐振动所组成的。合成为:。式中:——振幅,——初相角。
说明:1、线性系统自由振动的振幅的大小只决定于施加给系统的初
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