理论力学振动实验一(07.9)改.ppt
概概 述述振动测试有两种主要技术路线振动测试有两种主要技术路线模拟技术模拟技术被测被测对象对象传感器传感器调理电路调理电路放大器放大器 示波器示波器记录仪记录仪A/DA/D转换转换CPU分析与显示分析与显示数字技术数字技术(虚拟仪器虚拟仪器)理论力学振动实验一理论力学振动实验一一、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使用方法、了解常用振动测试系统的组成及仪器使用方法;2 2、学习利用单自由度振动自由衰减时域、学习利用单自由度振动自由衰减时域波形波形求取求取 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。理论力学振动实验一理论力学振动实验一4 4、了解单式动力吸振器的吸振原理、观察吸振、了解单式动力吸振器的吸振原理、观察吸振 现象并绘出幅频特性曲线现象并绘出幅频特性曲线()()。二、实验仪器设备二、实验仪器设备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、吸振器、型传感器、吸振器、虚拟虚拟测试测试仪；仪；3 3、简支梁（视为无质量的弹簧）、简支梁（视为无质量的弹簧）、质量块（视为无弹性的集中质量）。质量块（视为无弹性的集中质量）。理论力学振动实验一理论力学振动实验一三、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-质量质量系统系统理论力学振动实验一理论力学振动实验一 简支梁简支梁m质量块质量块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：或或理论力学振动实验一理论力学振动实验一2-1.2-1.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：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-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/T1f=1/T1理论力学振动实验一理论力学振动实验一实验测试框图实验测试框图理论力学振动实验一理论力学振动实验一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：H H（）称为）称为强迫振动强迫振动的传递函数的传递函数2-2.2-2.当当 时时,系统为强迫振动系统为强迫振动理论力学振动实验一理论力学振动实验一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，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。理论力学振动实验一理论力学振动实验一实验测试框图实验测试框图理论力学振动实验一理论力学振动实验一固有频率固有频率阻尼系数阻尼系数 B3 3 吸振实验吸振实验3 31 1 实验装置及测试框图实验装置及测试框图 吸振就是在振动主系统上附加特殊的子系统，以转移或吸振就是在振动主系统上附加特殊的子系统，以转移或消耗主系统的振动能量，从而抑制主系统的振动。消耗主系统的振动能量，从而抑制主系统的振动。理论力学振动实验二理论力学振动实验二动力吸振器动力吸振器m1传感器传感器激振器激振器m测振仪测振仪激振信号源激振信号源简支梁简支梁3 32 2 被测对象及力学模型被测对象及力学模型m1简支梁简支梁单式单式动力动力吸振吸振器器被测对象被测对象m设备设备单式动力吸振力学模型单式动力吸振力学模型m1 1mmm1理论力学振动实验二理论力学振动实验二由振动理论知，该二自由度系统的运动方程为：由振动理论知，该二自由度系统的运动方程为：方程的稳态解为：方程的稳态解为：3 33 3 系统的运动微分方程系统的运动微分方程理论力学振动实验二理论力学振动实验二系统稳态响应的振幅为：系统稳态响应的振幅为：=其中其中（）是系统的特征多项式是系统的特征多项式当当 时，主系统的振幅时，主系统的振幅 。这时。这时 ，吸振，吸振器的振幅为器的振幅为 ，可见质量，可见质量 上受到的激振力恰好被来自上受到的激振力恰好被来自吸振器弹簧的弹性恢复力吸振器弹簧的弹性恢复力 所平衡。所平衡。理论力学振动实验二理论力学振动实验二四四、实、实测数据及结果测数据及结果固有频率固有频率 fab阻尼系数阻尼系数理论力学振动实验一理论力学振动实验一1单自由度振动自由衰减振动记录单自由度振动自由衰减振动记录强迫强迫振动振动记录记录吸振实验吸振实验数据记录表数据记录表频率频率 ()202224252627282930 31 32333540振幅振幅B()绘出幅频特性曲线绘出幅频特性曲线（）。）。理论力学振动实验二理论力学振动实验二五、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，用鼠标点击选定起始波峰处，从波，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，记录终止波峰处的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。理论力学振动实验一理论力学振动实验一 2.强迫振动实验步骤（吸振实验步骤）强迫振动实验步骤（吸振实验步骤）(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两点向横两点向横坐标作垂线，相交于两个频率坐标作垂线，相交于两个频率a a和和b b，再用公式计算出阻，再用公式计算出阻尼比尼比。(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。理论力学振动实验一理论力学振动实验一六、实验报告要求六、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。分别绘出单自并写出微分方程。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框图。由度系统自由衰减振动和强迫振动实验测试框图。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曲线，频特性曲线，并利用曲线求固有频率并利用曲线求固有频率f f、阻尼系数、阻尼系数。七、问题回答七、问题回答 1 1、单自由度系统自由衰减振动波形图有何特点、单自由度系统自由衰减振动波形图有何特点?2 2、强迫振动的幅频特性曲线有何特点、强迫振动的幅频特性曲线有何特点?理论力学振动实验一理论力学振动实验一 3 3、动力吸振幅频特性曲线有何特点？、动力吸振幅频特性曲线有何特点？3 3、绘出动力吸振幅频特性曲线图。、绘出动力吸振幅频特性曲线图。
