理论力学振动实验一

1、重庆大学力学实验教学中心重庆大学力学实验教学中心（综合性实验综合性实验）振动实验振动实验单自由度系统单自由度系统自由衰减振动自由衰减振动和和强迫振动强迫振动实验实验一、实验目的一、实验目的1 1、了解常用振动测试系统的组成及仪器了解常用振动测试系统的组成及仪器使用方法。使用方法。2 2、学习、学习利用单自由度振动自由衰减利用单自由度振动自由衰减时域时域波形波形求求取取 系统的固有频率系统的固有频率f f。3 3、学习利用正弦激励法测量单自由度系统的幅频学习利用正弦激励法测量单自由度系统的幅频 特性曲线特性曲线，并用该曲线来计算系统的固有频率并用该曲线来计算系统的固有频率f f 和和阻尼比阻尼比

2、。振动实验振动实验二、二、实验仪器实验仪器设备设备1 1、SJF-3SJF-3型激振信号源、型激振信号源、JZ-1JZ-1型激振器；型激振器；2 2、SCZ2-3SCZ2-3型测振仪、型测振仪、ZG-1ZG-1型传感器型传感器、 虚虚拟拟测试测试仪；仪；3 3、简支梁（、简支梁（视为无质量的弹簧）视为无质量的弹簧）、 质量块质量块（视为无弹性的集中质量）。（视为无弹性的集中质量）。振动实验振动实验三、实验原理三、实验原理1 1、被测对象与力学模型、被测对象与力学模型该该系统系统可可视为视为：单自由度单自由度弹簧弹簧-质量质量系统系统振动实验振动实验 简支梁简支梁m tf质量块质量块)(tfkx

3、xcxm mtfxxnx/ )(22 2 2、该该系统的运动微分方程系统的运动微分方程：上式两边除上式两边除 m m，整理可得：，整理可得：或或 mtfxxx/22 /2nmkmcn，其中振动实验振动实验2-1.2-1.当当 且为小阻尼时，微分方程的解为：且为小阻尼时，微分方程的解为：，0)(tf系统为系统为单自由度自由衰减振动单自由度自由衰减振动)sin(22tnAexnt-A-AxAe-ntt0T T1t1tat=ta-t1A A自由衰减振动波形图自由衰减振动波形图如果能够得到右图如果能够得到右图, ,即可求得系统的固有频率：即可求得系统的固有频率：f=1/Tf=1/T1 1振动实验振动实

4、验实验测试框图实验测试框图振动实验振动实验用手敲用手敲击激励击激励传感器传感器简支梁简支梁质量质量测振仪测振仪计算机计算机txAe-nt0T T1t1tat=ta-t1A A-A-A自由衰减振动波形图自由衰减振动波形图系统微分方程的解为：系统微分方程的解为：2-2.2-2.当当 时时, ,系统为强迫振动系统为强迫振动pthtfsin)( )sin()sin(02221ptBtnAexxxnt2sin()xxBpt 稳态响应振动实验振动实验强迫振动强迫振动的幅频特性曲线的幅频特性曲线特点特点 阻尼越小，固有阻尼越小，固有频率处幅值越大。频率处幅值越大。 通过测试幅频特性曲线，通过测试幅频特性曲线

5、，即可测得阻尼特性。即可测得阻尼特性。取不同的取不同的值，得不同的幅频特性曲线。值，得不同的幅频特性曲线。振动实验振动实验实验测试框图实验测试框图振动实验振动实验0f固有频率固有频率阻尼阻尼比比02)(ab B四四、实、实测数据及结果测数据及结果固有频率固有频率 fab 阻尼比阻尼比振动实验振动实验1单自由度振动自由衰减单自由度振动自由衰减振动记录振动记录强迫强迫振动振动记录记录五、五、 1.1.单自由度自由衰减振动实验步骤单自由度自由衰减振动实验步骤(1)(1)将传感器置于集中质量块上，输出端接测振仪。将传感器置于集中质量块上，输出端接测振仪。(2)(2)在计算机屏幕上点击左下角在计算机屏幕

6、上点击左下角“退出系统退出系统”处按处按单单， 进入进入FFTFFT频谱分析仪。频谱分析仪。(3)(3)点击左下角点击左下角“数据源数据源”处按扭处按扭再线再线，采样参数选择：，采样参数选择：频道频道1024Hz1024Hz、通道、通道1 1或或2 2、采样长度取采样长度取5 5。 (4) (4)参数设定好后，点击参数设定好后，点击确定确定按扭、同时用手轻敲击简按扭、同时用手轻敲击简支梁（支梁（每每1-21-2秒敲击秒敲击3 3次次）。）。 (5) (5)波形窗口出现后，用波形窗口出现后，用页面控制页面控制按扭选择一段规则波按扭选择一段规则波形来确定分析波峰次数形来确定分析波峰次数a a，用鼠

7、标点击选定起始波峰处，从，用鼠标点击选定起始波峰处，从波形图上方读出时间值并记录下来；同理，记录终止波峰处波形图上方读出时间值并记录下来；同理，记录终止波峰处的时间值，计算的时间值，计算a a个波峰间的时间差。个波峰间的时间差。 (6) (6)根据公式计算出简支梁振动的固有频率根据公式计算出简支梁振动的固有频率f f和周期和周期T T1 1。振动实验振动实验 2. 强迫振动实验步骤强迫振动实验步骤(1)(1)将传感器置于集中质量块上，输出端接测振仪。将传感器置于集中质量块上，输出端接测振仪。(2)(2)将激振器接入激振信号源的输出端，开启激振信号源的电将激振器接入激振信号源的输出端，开启激振信

8、号源的电源开关，将电流调到源开关，将电流调到8080至至100mA100mA之间，使系统产生正弦振动。之间，使系统产生正弦振动。(3)(3)按一定的规律，调节激振信号源输出信号的频率，从测振按一定的规律，调节激振信号源输出信号的频率，从测振仪上读出给定的各频率所对应的振动幅值并记录下来。仪上读出给定的各频率所对应的振动幅值并记录下来。(4)(4)以频率为横坐标，振动幅值为纵坐标，绘出系统的幅频特以频率为横坐标，振动幅值为纵坐标，绘出系统的幅频特性曲线来。性曲线来。(5)(5)在幅频特性曲线上，以幅值等于在幅频特性曲线上，以幅值等于0.707B0.707Bmxamxa为纵坐标，作一为纵坐标，作一

9、条水平线相交与幅频特性曲线上的条水平线相交与幅频特性曲线上的a a、b b两点，以两点，以a a、b b两点向两点向横坐标作垂线，相交于两个频率横坐标作垂线，相交于两个频率a a和和b b，再用公式计算出，再用公式计算出阻尼比阻尼比。(6)(6)在幅频特性曲线上，找出最大的幅值在幅频特性曲线上，找出最大的幅值B Bmxamxa所对应的频率值，所对应的频率值， 即为简支梁振动系统的固有频率即为简支梁振动系统的固有频率f f。振动实验振动实验六、六、实验报告要求实验报告要求1 1、画出力学模型图、画出力学模型图, ,并写出微分方程。分别绘出并写出微分方程。分别绘出单自由度系统自由衰减振动和强迫振动实验测试单自由度系统自由衰减振动和强迫振动实验测试框图。框图。2 2、根据实测数据、根据实测数据, ,用坐标纸真实绘出幅用坐标纸真实绘出幅频特性频特性曲线，并利用曲线求