线性离散系统振动理论的应用.ppt
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1、关于线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第1页,共52页5.1 单自由度系统阻尼比和固有频率的确定单自由度系统阻尼比和固有频率的确定 阻尼比的确定阻尼比的确定第第5 5章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用对于阻尼未知的系统或阻尼特性未知的对于阻尼未知的系统或阻尼特性未知的材料组成的单自由度系统,给定初始扰材料组成的单自由度系统,给定初始扰动后测定其自由振动的时间历程,当阻动后测定其自由振动的时间历程,当阻尼较小时,一般可等效为具有粘性阻尼尼较小时,一般可等效为具有粘性阻尼的系统。的系统。图 3.6 弱阻尼系统x-t 曲线 的极值发生位置的极值发生位置1 1、对数衰减率、
2、对数衰减率现在学习的是第2页,共52页5.1 单自由度系统阻尼比和固有频率的确定单自由度系统阻尼比和固有频率的确定 出现一次极值,出现一次极值,出现一次极大值。出现一次极大值。相邻两个极大值之比相邻两个极大值之比(衰减率衰减率 )为为 对数衰减率为对数衰减率为 阻尼比的确定阻尼比的确定第第第第5章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第3页,共52页5.1 单自由度系统阻尼比和固有频率的确定单自由度系统阻尼比和固有频率的确定当阻尼较小时,当阻尼较小时,取第一个和第取第一个和第n个极大值来计算对数衰减率个极大值来计
3、算对数衰减率 阻尼较小时:阻尼较小时:图图 5.1 -曲线曲线两边取对数两边取对数阻尼比的确定阻尼比的确定第第5 5章章章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第4页,共52页5.1 单自由度系统阻尼比和固有频率的确定单自由度系统阻尼比和固有频率的确定2、面积法、面积法 自由振动衰减曲线的包络线为自由振动衰减曲线的包络线为 在在t1时间中上包络线与坐标轴之间的面积时间中上包络线与坐标轴之间的面积A为:为:两边同除两边同除 0.0200.1040.2150.3340.4640.6060.7610.9341.260.
4、990.950.900.850.800.750.700.650.601.3341.5941.8852.2322.6573.1973.7564.9655.2350.550.500.450.400.350.300.250.200.19 与无因次面积 的关系 阻尼比的确定阻尼比的确定第第第第5 5章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第5页,共52页5.1 单自由度系统阻尼比和固有频率的确定单自由度系统阻尼比和固有频率的确定计算步骤:计算步骤:2)作上包络线;作上包络线;3)选选 作图得到面积作图得到面积A,并计算,并计算 ;4)查表查表5-1得得 ;5)计算阻尼比:
5、计算阻尼比:1)测得自由振动衰减曲线;测得自由振动衰减曲线;当当t1为为 n 倍准周期时,倍准周期时,就是对数衰减率。就是对数衰减率。ARt1阻尼比的确定阻尼比的确定第第第第5章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第6页,共52页5.1 单自由度系统阻尼比和固有频率的确定单自由度系统阻尼比和固有频率的确定固有频率的确定固有频率的确定 测量第一个和第测量第一个和第n+1个极大值出现的时间间隔个极大值出现的时间间隔 nd ,例例1 某系统自由振动衰减曲线中相邻的四个极大值分别为:某系统自由振动衰减曲线中相邻的四个极
6、大值分别为:x1=11.8mm,x2=10mm,x3=8.475mm,x4=7.182mm,t4-t1=0.6s。求系统的阻尼比和固有圆频率。求系统的阻尼比和固有圆频率。解:解:(1)(1)阻尼比:阻尼比:第第5章章章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第7页,共52页5.1 单自由度系统阻尼比和固有频率的确定单自由度系统阻尼比和固有频率的确定面积法:面积法:n=4(2)(2)固有圆频率固有圆频率:固有频率的确定固有频率的确定第第5章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第8页,共52页5.1 单自由度系统阻尼比和固有频率的确定单自
7、由度系统阻尼比和固有频率的确定1 1、共振法、共振法位位移移、速速度度、加加速速度度响响应应幅幅值值达达到到最最大大值值时时系系统统发发生生共振。共振。当激励频率等当激励频率等于于d或或n时系统发生共振。时系统发生共振。当当响响应应的的相相位位角角滞滞后后激激励励力力的的相相位位角角时时系系统统发发生生共共振。振。在在位位移移、速速度度和和加加速速度度响响应应幅幅值值保保持持不不变变而而激激励励力力幅幅值最小时系统发生共振。值最小时系统发生共振。图 5.2 F-曲线固有频率的确定固有频率的确定共振的定义共振的定义第第第第5章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振
8、动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第9页,共52页5.1 单自由度系统阻尼比和固有频率的确定单自由度系统阻尼比和固有频率的确定 共振共振 (=n)时时 如果能测得如果能测得=n时的时的X0,并已知此时激励力幅值,并已知此时激励力幅值F0与弹簧刚度与弹簧刚度k,则,则阻尼比阻尼比 或损耗因子或损耗因子 Q因子因子 共共振振时时系系统统最最大大动动能能或或位位能能与与系系统统每每循循环环耗耗散散能能量量之之比比的的倍倍称称为为Q因因子子。共共振振时时粘粘性阻尼每循环耗能:性阻尼每循环耗能:固有频率的确定固有频率的确定第第5章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线
9、性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第10页,共52页5.1 单自由度系统阻尼比和固有频率的确定单自由度系统阻尼比和固有频率的确定共振时最大动能与最大势能相等共振时最大动能与最大势能相等 对粘性阻尼对粘性阻尼对结构阻尼对结构阻尼通过测试手段获得每周期通过测试手段获得每周期耗能及共振振幅耗能及共振振幅 固有频率的确定固有频率的确定第第5 5章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第11页,共52页5.1 单自由度系统阻尼比和固有频率的确定单自由度系统阻尼比和固有频率的确定2、半功率带宽法、
10、半功率带宽法 当激励频率变化时,可得到当激励频率变化时,可得到曲线曲线 为曲线为曲线 的最大值,的最大值,曲线上的点曲线上的点1、2 半功率带宽半功率带宽 幅频响应曲线幅频响应曲线半功率点半功率点与与1、2点对应的频率为点对应的频率为 和和 ,频率差,频率差 固有频率的确定固有频率的确定第第第第5 5章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第12页,共52页5.1 单自由度系统阻尼比和固有频率的确定单自由度系统阻尼比和固有频率的确定1.1.对具有粘性阻尼的系统对具有粘性阻尼的系统 由半功率点的定义由半功率点的定义 固有频率的确定固有频率的确定第第第第5 5章章 线
11、性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第13页,共52页当当 时,时,可略去,可略去,由幂级数展开公式由幂级数展开公式()():5.1 单自由度系统阻尼比和固有频率的确定单自由度系统阻尼比和固有频率的确定固有频率的确定固有频率的确定第第5章章章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第14页,共52页2.对结构阻尼系统对结构阻尼系统 由半功率点由半功率点的定义的定义或或5.1 单自由度系统阻尼比和固有频率的确定单自由度系统阻尼比和固有频率的确定固有频率的确定固有频率的确定第第5章章章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线性
12、离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第15页,共52页5.2 旋转失衡旋转失衡 振动微分方程振动微分方程 设设广广义义坐坐标标为为机机器器的的位位移移x,向向上上为为正正,坐坐标标原原点点在在机机器器静静平平衡衡时时转转子子的的旋旋转转中心中心o。旋转失衡力学模型旋转失衡力学模型转子质心位移为转子质心位移为加速度为加速度为 对结构阻尼对结构阻尼 整理整理第第第第5 5章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第16页,共52页5.2 旋转失衡旋转失衡 设解设解对结构阻尼对结构阻尼第第第第5 5章章章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振
13、动理论的应用现在学习的是第17页,共52页5.2 旋转失衡旋转失衡幅频和相频响应曲线幅频和相频响应曲线 讨讨论论:相相位位角角同同简简谐谐激激励励下下的的响响应应,而而无无量量纲振幅随无量纲频率的变化如下表。纲振幅随无量纲频率的变化如下表。粘性阻尼粘性阻尼结构阻尼结构阻尼旋转失衡谐激励最大值位置最大值位置 01 0 0 0 1 1 旋转失衡 谐激励第第第第5章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第18页,共52页5.2 旋转失衡旋转失衡 例例2 偏心激振器两轴反向旋转,每个偏心轮偏心激振器两轴反向旋转,每个偏心轮旋转失衡为旋转失衡为4.5 kg-cm,用它测量结
14、构的动力,用它测量结构的动力特性。设结构质量为特性。设结构质量为160 kg,激振器质量为,激振器质量为20 kg。当偏心轮转速为。当偏心轮转速为900 rpm,偏心质量,偏心质量在正上方时,结构向上通过静平衡位置,振在正上方时,结构向上通过静平衡位置,振幅为幅为2.5 cm。求求 1)整个系统的固有圆频率;整个系统的固有圆频率;2)结构的固有圆频率和阻尼比(或损耗因子);结构的固有圆频率和阻尼比(或损耗因子);3)偏心轮转速为偏心轮转速为1200 rpm时结构的振幅及结构向上通过平衡位置时,时结构的振幅及结构向上通过平衡位置时,偏心质量与水平面的夹角。偏心质量与水平面的夹角。偏心激振器模型偏
15、心激振器模型第第第第5章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第19页,共52页5.2 旋转失衡旋转失衡解:解:方程方程 M=20+160=180 kg,m e=4.5 kg-cm 稳态响应为稳态响应为 1)1)偏心质量在正上方,即偏心质量在正上方,即 ,结构向上通过静平衡位置,结构向上通过静平衡位置,则有,则有,。(系统)(系统),粘性阻尼:粘性阻尼:第第5 5章章章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第20页,共52页5.2 旋转失衡旋转失衡结构阻尼:结构阻尼:2),粘性阻尼:
16、粘性阻尼:结构阻尼:结构阻尼:第第5章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第21页,共52页5.2 旋转失衡旋转失衡3)当转速为当转速为1200 rpm时:时:粘性阻尼粘性阻尼:结构阻尼:结构阻尼:粘性阻尼粘性阻尼:第第第第5章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第22页,共52页5.2 旋转失衡旋转失衡结构阻尼:结构阻尼:结构通过平衡位置:结构通过平衡位置:粘性阻尼粘性阻尼:结构阻尼结构阻尼:第第5章章章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理
17、论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第23页,共52页5.3 旋转轴的临界转速旋转轴的临界转速质心位移为:质心位移为:微分方程为:微分方程为:直立单盘转子直立单盘转子 设特解为设特解为 第第5 5章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振动理论的应用现在学习的是第24页,共52页5.3 旋转轴的临界转速旋转轴的临界转速,设设 距离为距离为 导前导前 的相位角的相位角 当当 时时,R接接近近最最大大值值,把把与与旋旋转转轴轴横横向向振振动动固固有有圆圆频频率率相相当当的的转转速速称称为为旋旋转轴的临界转速转轴的临界转速 。第第5 5章章章章 线性离散系统振动理论的应用线性离散系统振
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