理论力学实验报告指导答案.doc

实验一 振动测试系统组成及基本仪器使用方法1底座； 2支座； 3二（三）自由度系统； 4薄壁圆板支承螺杆； 5固定铰；6非接触式激振器； 7薄壁圆板；8电动式激振器； 9电机压板； 10偏心电机；11加速度传感器； 12简支梁；13活动铰；14悬臂梁；15圆支柱；16质量；17调压器； 18电动式激振器支座； 19ZK-4JCZ型激振测振仪； 20信号源； 21计算机及虚拟仪器库； 22打印机图1 实验装置与结构框图传感器1输入传感器2输入一道振动幅值二道振动幅值频率/功率显示值频率，周期，灵敏度调节及步进，锁定旋钮一道，二道增益及测试方式状态设置选择及参数选择旋钮扫频选择方式选择灵敏度选择显示选择功率输出选择功率幅度调节信号源调节功率输出B道功率输出A道信号源波形输出 ZK4JCZ型激振测振仪功能分布图ZK-4JCZ型激振测振仪是一种多功能测量仪器。它包括信号源、功率放大器及两个配接加速度计的测量通道，可对振动的加速度、加速度或位移进行测量。16实验二 简谐振动幅值测量一、实验目的1. 了解振动信号位移、速度、加速度的关系。2. 学会用压电式加速度传感器测量简谐振动的位移、速度、加速度幅度。二、实验装置与仪器框图实验装置与仪器框图见图（1）图（1） 实验装置与仪器框图四、 实验方法1. 激振信号源输出端接电动式激振器，用电动式激振器对简支梁激振。2. 用加速度传感器拾振，加速度传感器的输出接测振仪。3. 开启激振信号源的电源开关，对系统施加交变正弦激振力，使系统产生振动，调整信号源的输出调节开关便可改变振幅大小。调整信号源的输出调节开关时注意不要过载。4. 分别用测振仪的位移X、速度V、加速度A各档进行测量和读数。五、实验报告1. 实验数据表1频率f位移X(um)速度V(cm/s)加速度A(cm/s2)3047505660682. 根据位移X，按公式（2）计算速度V、加速度A。3. 根据速度V，按公式（2）计算位移X、加速度A。4. 根据加速度A，按公式（2）计算位移X、速度V。5. 位移、加速度、加速度幅值的实测值与计算值有无差距？为什麽？实验三 单自由度系统强迫振动的幅频特性、固有频率和阻尼的测定一、实验目的1. 学会用测量单自由度系统强迫振动的幅频特性曲线。2. 学会根据幅频特性曲线确定系统的固有频率f0和阻尼比。二、实验装置与仪器框图实验装置与仪器框图如图（1）所示。图（1）实验装置与结构框图式（3）叫做系统的幅频特性。将式（3）所表示的振动幅值与激振频率的关系用图形表示，称为幅频特性曲线, 如图（2）b所示。a 单自由度系统的力学模型 b 幅频特性曲线图（2） 单自由度系统的力学模型与幅频特性曲线在图（2）b中，Bmax 为系统共振时的振幅,f0为系统的固有频率,f1、f2为半功率点频率。振幅最大时的频率叫共振频fa。有阻尼时，共振频率为： fa=f0 （4）当阻尼较小时，faf0，故以固有频率f0作为共振频率fa。在小阻尼情况下可得： = （5）f1、f2的确定如图（2） 所示。 四、实验方法1. 将加速度传感器置于简支梁上，其输出端接测振仪，用来测量简支梁的振动幅值。2将电动式激振器接入激振信号源输出端，开启激振信号源的电源开关，对简支梁系统施加交变正弦激振力，使系统产生正弦振动。 3在激振力不变的情况下，调整激振信号源输出信号的频率，并从测振仪上读出各频率及其对应的幅值，填入表（1）。 五、实验报告1. 实验数据 表（1）频率f(Hz)yy振幅B(um)hh2. 根据表（1）中的实验数据，用计算机Microsoft offices Excel （电子表格）绘制出实验中系统强拍振动的幅频特性曲线图。3. 确定系统固有频率f0。（幅频特性曲线共振峰上最高点对应的频率近似等于系统的固有频率）。4确定阻尼比。按图（2）b计算0.707Amax,，然后在幅频特性曲线上确定f1、f2，利用式（5）计算阻尼比。实验四 二自由度系统各阶固有频率及主振型测定一、实验目的1. 学会用共振法确定二自由度系统的各阶固有频率。2. 观察二自由度系统的各阶振型。3. 将实验所测得的各阶固有频率、振型与理论计算值相比较。二、实验装置与仪器框图实验装置与仪器框图见图（1）图（1） 实验装置与仪器框图这样一个二自由度系统具有两个固有频率。当给系统一个激振力时，系统发生振动，该振动是两个主振型的迭加。当激振频率等于某一阶固有频率时，系统的振动就是这一阶固有频率的主振型，而另一阶振型的影响可忽略不计。在测定系统的固有频率时，需要连续调整激振频率，使系统出现某阶振型且振幅达到最大，此时的激振频率即是该阶固有频率。 图（2） 二自由度系统的力学模型由振动理论知： M=K=0 （1）系统的各阶固有频率为：一阶固有频率 f1= （2）二阶固有频率 f2= （3）式中：弦上集中质量 m=0.0045 千克弦丝张力 T=（ ） 牛顿 弦丝长度 L=0.625 米固有频率 f1=1/2 赫兹各阶主振型如图（3）所示。 图（3） 二自由度系统的主振型四、实验方法1. 将非接触式激振器接入激振信号源输出端，把激振器对准钢质量块A或B，保持一定的初始间隙（约为 810mm），使振动时激振器不碰撞质量块。2. 用1kg或2kg的重锤调整所需张力T，张力T不同，测得的固有频率不同。3. 开启激振信号源的电源开关，对系统施加交变正弦激振力，使系统产生振动，调整信号源的输出调节开关便可改变振幅大小。调整信号源的输出调节开关时注意不要过载。4. 激振频率由低到高逐渐增加，当观察到系统出现如图（3）所示的第一阶振型且振幅最大时，激振信号源显示的频率就是系统的一阶固有频率 。依此下去，可得到如图（3）所示的第二阶振型和二阶固有频率。五、实验报告1.将不同张力下各阶固有频率的理论计算值与实测值填入下表弦丝张力T=19.8（N）固有频率f1f2理论值实测值2.绘出观察到的二自由度系统振型曲线。3.根据式（2）；（3）计算出各阶固有频率理论值、理论振型，并与实测固有频率、实测振型相比较，是否一致？如有误差产生的原因在哪里？实验五 连续弹性体悬臂梁各阶固有频率及主振型的测定一、实验目的1. 用共振法确定连续弹性体悬臂梁横向振动时的各阶固有频率。2. 观察分析梁振动的各阶主振型。3. 将实测的各阶固有频率、振型与固有频率理论值、理论振型相比较。二、实验装置与仪器框图实验装置与仪器框图见图（1）图（1） 实验装置与仪器框图本实验取： L=18.5cm b= 1cm h=0.065cm E=2106 kg/cm2 p=0.0078 kg/cm3各阶固有频率之比： f1: f2: f3: =1: 6.25: 17.5 （3）进一步可计算出悬臂梁的一、二、三阶固有频率和振型如图（3）所示。图（3） 悬臂梁的一、二、三阶固有频率和主振型四、实验方法1. 选距固定端L/4之处为激振点，将激振器端面对准悬臂梁上的激振点，保持初始间隙=68mm。2. 将非接触式激振器接入激振信号源输入端，开启激振信号源的电源开关，对系统施加交变正弦激振力，使系统产生振动，调整信号源的输出调节开关便可改变振幅大小。调整信号源的输出调节开关时注意不要过载。3. 调整信号源，使激振频率由低到高逐渐增加，当系统出现明显的一阶主振型且振幅最大时，激振信号源显示的频率就是梁的第一阶固有频率。找到一阶固有频率后，不再调整激振频率，只改变激振源输出功率的大小（即改变激扰力幅值大小），并观察振型随激扰力大小变化的情况。用上述同样的方法可确定梁的二、三阶固有频率及振型。五、实验报告1.各阶固有频率的理论计算值与实测值 表1固有频率(Hz)f1 f2f3理论值实测值2. 绘出观察到的悬臂梁振型曲线。3. 根据式（1）；（2）；（3）计算出各阶固有频率理论值、理论振型，并与实测固有频率、实测振型相比较，是否一致？如有误差产生误差的原因在哪里？实验六 拍振实验一、实验目的1. 观察拍振现象，建立拍振的概念。 .了解如何消除或减弱拍振的现象。二、实验装置与仪器框图实验装置与仪器框图见图（1）图（）实验装置与仪器框图三、实验原理当结构振动时，有时会产生所谓拍的现象。什麽叫拍？如对简支梁系统施加两个频率接近、振幅不等的激振力，使系统产生振动，用测振仪测得系统的横向水平振动波形如图（）所示，其振幅是周期地变化，这种现象就叫做拍。总的来讲，两个频率接近、振幅不等的振动迭加就能形成拍。根据拍振原理，设两个频率接近、振幅不等的振动为：y1 =A1sin(1t)y2 =A2sin(2t)图（）拍振现象合振动y=y1 +y2=A1sin(1t)+ A2sin(2t)y=Asin(t+j) （1）式中：合振动振幅j 初相角A=j=tg-1( tgt) (2)分振动 y1、y2与合振动 y的波形如图(2)所示, 合振动的频率及周期为f合= = (3)T合= =合振动的振幅随时间在最大振幅max与最小振幅min间作周期变化，就形成了拍，在拍振图形上，有最大振幅的一段叫拍的腹，最小振幅的一段叫拍的腰，腰和腹总是间隔地出现。在单位时间内腰或腹出现的次数叫拍的频率f拍，振幅大小改变一次的时间叫拍的周期拍。f拍= f2-f1= (5)T拍= =从(5)式可知，两个分振动的频率相差越小，拍振动的周期就越大。四、实验方法将传感器置于简支梁上，用来测量简支梁振幅。2用调速电机对简支梁施加频率为f1的激扰力，使之产生振幅为A1的分振动，用虚拟式FFT分析仪测量出频率f1，记下f1、A1和调压器刻度，关掉调压器。3用电动式激振器对简支梁施加频率为f2的激扰力，使之产生振幅为A2的分振动。调整激振频率和幅值，满足f1A2。记下f2、A2值。4分振动频率、幅值不变，用调速电机和电动式激振器同时对简支梁激振。传感器测得的振动经测振仪变换成位移信号后输入计算机或示波器进行显示。五、实验报告1. 实验数据