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中南大学考试试卷(A 卷)
2015 - 2016 学年上学期 时间 110 分钟
《机械振动基础》 课程 32 学时 2 学分 考试形式:闭 卷专业年级: 机械 13 级 总分 100 分,占总评成绩 70 %
注:此页不作答题纸,请将答案写在答题纸上
1、简述机械振动定义,以及产生的内在原因。 (10 分) 答:机械振动指机械或结构在它的静平衡位置附近的往复弹性运动。(5 分)
产生机械振动的内在原因是系统本身具有在振动时储存动能和势能,而且释放动能和势能并能使动能和势能相互转换的能力。(5 分)
2、简述随机振动问题的求解方法,随机过程基本的数字特征包括哪些? (10 分) 答:随机振动问题只能用概率统计方法来求解,只能知道系统激励和相应的统计值(5 分)。随机过程基本的数字特征包括:均值、方差、自相关函数、互相关函数。(5 分)
3、阻尼对系统的自由振动有何影响?若仪器表头可等效为具有黏性阻尼的单自由度系统,欲使其在受扰动后尽快回零,最有效的办法是什么? (10 分) 答:阻尼消耗振动系统的能量,它使自由振动系统的振动幅值快速减小(5 分)。增加黏性阻尼量,可使指针快速回零位(5 分)。
4、简述求解周期强迫振动和瞬态强迫振动问题的方法。 (10 分) 答:求解周期强迫振动时,可利用傅里叶级数将周期激励力转化为简谐激励力,然后利用简谐激励情况下的周期解叠加,可以得到周期强迫振动的解(5 分)。求解瞬态强迫振动的解时,利用脉冲激励后的自由振动函数,即单位脉冲响应函数,与瞬态激励外力进行卷积积分,可以求得瞬态激励响应(5 分)。周期强迫振动和瞬态强迫振动,也可以通过傅里叶积分变换、拉普拉斯积分变换来求解。
5、如图 1 所示,系统中质量 m 位于硬质杆 2L(杆质量忽略)的中心,阻尼器的阻尼系数为 c, 弹簧弹性系数为 k,
建立此系统的运动微分方程; (5 分)
求出临界阻尼系数表示式; (5 分)
阻尼振动的固有频率表示式。 (5 分)
答:(1)可以用力矩平衡方法列写平衡方程,也可以用能量方法列写方程,广义坐标可以选质
1
量块的垂直直线运动,也可以选择杆的摆角,以质量块直线运动坐标为例,动能 E ? mx2 ,
T 2
1 1势能U ? k(2 x)2 ,能量耗散 D ? cx2 ,由
1 1
?2 E
? T , c
?2 D
? T , k ?
?2U
,得到:
2 2
mkmx? cx? 4kx ? 0 ;
mk
ij ?x ?x
i j
ij ?x ?x
i j
ij ?x ?x
i j
m(4k)(2) c
m(4k)
e
? 4 ;
(3) ?
d
? 1 ? ? 2? ?
1216
1
2
16 k ? c2
m
m2
16、如图 2 所示系统,两个圆盘的直径均为 r,设 I =I =I,k =k =k,k
1
2 1 2 3
=3k,
选取适当的坐标,求出系统动能、势能函数; (5 分)
求出系统的质量矩阵、刚度矩阵; (5 分)
写出该系统自由振动时运动微分方程。 (5 分)
LmLck图
L
m
L
c
k
答:(1)取?1,? 2,x 位描述系统运动的广义坐标,即:{X}={?1,? 2,x}T,各个自由度的原点均取静平衡位置,分别以顺时针方向旋转、垂直向下为坐标正方向。
1 1 1
1 1 1 1 1 1 1
E ? I ? 2 ? I ? 2 ? mx2 ; U ? k ( r? )2 ? k ( r? ? r? )2 ? k ( x ? r?
)2 ;
T 2 1 1
2 2 2
2 2 1 2 1
2 2 2 1 2 2 2 3 2 2
(注:如果同学将 r 当成半径,或者注明 r 为半径,可不扣分)
? 1
? 2 kr2
1 ?
0?kr2
0
?
4
? I 0
0 ? ? ?
?2 E
?2U ? 1
? ? 1 3 ?
T(2) m
T
ij
? ?x?x
; m ? ?x ?x ; M ? ? 0 I2
0 ?; K ? ? 4 kr2 kr2 2 kr? 。
iji j i j
ij
?? 0
0 m??
? 3
? 0 kr
? 2
?
3k ?
?
(3) MX ? KX ? {0};其中, X ? {? ,?
1 2
, x}T 。
7、如图 3 所示,由一弹簧是连接两个质量 m ,m
1 2
构成的系统以速度 v 撞击制动器k
1
,求m 与m
1 2
之间弹簧k 所受到的最大压缩力。设 v 为常数且弹簧无初始变形,并设m
1
? m 与k
2 1
? 2k 。(30 分)
答:设 m , m
1
的坐标 x
2
(t) , x
12
1
图 3
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