机械振动学习题解答2.ppt

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机械振动学习题解答2

《机械振动学》习题解答(二) 陈一凡 邮箱 chenyifan0607@ 电话 189 172 17582 此课件已上传至 用户名 yfchen 密码 public 2012-04-13 y滞后于 的相位差 4-1 如图所示,质量为 m 的油缸与刚度为k的弹簧相连,通过阻尼系数为 c 的黏性阻尼器以运动规律 y = A sin ωt的活塞给予激励,求油缸运动的振幅以及它相对于活塞的相位。 解:设油缸位移为 x,活塞位移为 y,对油缸建立方程 即 x的振幅 x滞后于激励 的相位差 y c m k x 所以 y 与 x 的相位差 4-2 如图所示,质量可忽略的直角刚性杆可绕铰链O自由转动,弹簧一端有简谐位移扰动 A cos ωt 。试导出系统的振动微分方程,并求系统的稳态响应。 解:设刚性杆向顺时针方向转动θ角,对刚性杆用动量矩定理 c m k A cos ωt mg a L θ 由 化简得微分方程 微分方程 稳态响应 其中 或 其中 4-3 求弹簧-质量系统在库仑阻尼和简谐激励力 F0 sin ωt 作用下的振幅。在什么条件下运动能继续? 解:库仑阻尼的等效阻尼系数 振幅 上式可化简为 要使运动能继续,X不能为虚数,所以 4-5 带结构阻尼的单自由度系统,若刚度和阻尼的作用可用复数形式 表示,系统的等效质量为 m,求系统在简谐激励下的响应。 解:系统的微分方程为 设系统的稳态响应 ,代入上式得 解得 4-7 弹性支承的车辆沿高低不平的道路运行可用图示单自由度系统模拟。若每经过距离为 L 的路程,路面的高低按简谐规律变化一次,试求出车辆振幅与运行速度 v 之间的关系,并确定最不利的运行速度。 解:将路面看成简谐激励,其周期 ,则角频率 系统方程为 稳态响应 振幅 系统发生共振时为最不利的情况 4-8 图示系统中,集中质量 m = 20 kg,弹簧刚度 k = 3.5 kN/m,阻尼器的黏性阻尼系数为c = 0.2 kN·s/m,凸轮的转速为60r/min,行程为0.01m。试求系统的稳态响应。 解:设凸轮的行程为a,则一个周期内凸轮的位移可表示为 ,并由题意知:a = 0.01m,周期τ = 1s。 将x0(t)展开为Fourier级数 其中 所以 系统的微分方程为 即 于是稳态响应 4-9 一个弹簧-质量系统从倾斜角为30°的光滑斜面下滑。求弹簧从开始接触挡板到脱开挡板的时间。 解:弹簧接触挡板后,质量块做无阻尼自由振动,以弹簧平衡位置为原点,其运动方程及其解分别为 式中 其中x0为弹簧自由长度相对于静平衡时长度的改变量。 令 ,则 弹簧从接触挡板到脱离的时间为 ,如图所示。 τ 2τ 0 x0 另一种解法:将此简谐运动写作 式中 由图可见,弹簧从接触挡板到脱离的时间为 5-5 机器质量为453.4kg,安装时使支承弹簧产生的静变形为5.08mm,若机器的旋转失衡为0.2308kg·m,求:①在1200 r/min时传给地面的力;②在同一速度下的动振幅。 解:旋转失衡的微分方程为 ②振幅 其中 所以 ①传给地面的力 5-6 如果题5-5的机器安装在质量为1136kg的大混凝土基础上,增加基础下面弹簧的刚度,使弹簧静变形为5.08mm,则动振幅将是多少? 解:频率比 振幅 5-7 质量为113kg的精密仪器通过橡皮衬垫装在基础上,基础受到频率为20Hz、幅值为15.24cm/s2的加速度激励,设橡皮衬垫有如下参数:k=2802N/cm,ζ=0.1,问:传给精密仪器的加速度是多少? 解:微分方程 位移传递率 式中 加速度传递率 所以 5-9 机器重2500kN,弹簧刚度k=800kN/m,阻尼比ζ=0.1,干扰力频率与发动机转速相等。试问:①在多大转速下,传递给基础的力幅大于激振力幅;②传递力幅为激振力幅20%时的转速是多大? 解: ①力传递率 于是 故最大转速为 ②力传递率 于是 转速 5-10 一仪器要与发动机的频率从1600到2200r/min范围实现振动隔离,若要隔离85%,仪器安装在隔振装置上时,隔振装置的静变形应为多少? 解:根据传递率与频率比的关系曲线,要在[r1, r2]的频率区间内使隔振达到85%,只要在r1时传递率Tr<0.15即可。 5-11 悬挂系统的固有频率为0.5Hz,箱子从0.5m高处落下,求所需的振荡空间。 解:设x为质量m的绝对位移,y为箱子的绝对位移,z为质量m相对于箱子的位移,当箱子做自由落体运动

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