自由度系统振动.ppt
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1、第五章 二自由度系统振动vv1.1.引言引言vv2.2.自由振动自由振动vv3.3.车辆的震动车辆的震动vv4.4.用初始条件表示的振动用初始条件表示的振动vv5.5.二自由度振系的强迫振动,动力吸振器二自由度振系的强迫振动,动力吸振器vv6.6.离心摆式吸振器离心摆式吸振器1、引言vv自由度的数目等于描述振动系统所需的独立坐标的自由度的数目等于描述振动系统所需的独立坐标的自由度的数目等于描述振动系统所需的独立坐标的自由度的数目等于描述振动系统所需的独立坐标的数目。数目。数目。数目。vvN N N N自由度的振系有自由度的振系有自由度的振系有自由度的振系有N N N N个固有频率(通常不等)。
2、自由个固有频率(通常不等)。自由个固有频率(通常不等)。自由个固有频率(通常不等)。自由振动由振动由振动由振动由N N N N个个个个主振动主振动主振动主振动组合而成。组合而成。组合而成。组合而成。vv在每个主振动中,系统各坐标之间有确定的比例关在每个主振动中,系统各坐标之间有确定的比例关在每个主振动中,系统各坐标之间有确定的比例关在每个主振动中,系统各坐标之间有确定的比例关系,这种特定的振动形态称为系,这种特定的振动形态称为系,这种特定的振动形态称为系,这种特定的振动形态称为主振型主振型主振型主振型。vv主要内容:主要内容:主要内容:主要内容:求固有频率与主振型求固有频率与主振型求固有频率与
3、主振型求固有频率与主振型的方法以及的方法以及的方法以及的方法以及动力吸动力吸动力吸动力吸振器的原理振器的原理振器的原理振器的原理。2、自由振动无阻尼无阻尼无阻尼无阻尼2 2自由度系统自由度系统自由度系统自由度系统对对对对mm1 1,由牛顿运动定律由牛顿运动定律由牛顿运动定律由牛顿运动定律以以以以mm1 1与与与与mm2 2的静平衡位置的静平衡位置的静平衡位置的静平衡位置OO1 1与与与与OO2 2作为坐标轴作为坐标轴作为坐标轴作为坐标轴x x1 1与与与与x x2 2的原点。的原点。的原点。的原点。弹簧弹簧弹簧弹簧k k1 1伸长伸长伸长伸长x x1 1,弹簧弹簧弹簧弹簧k k3 3缩短缩短缩
4、短缩短x x2 2,弹簧,弹簧,弹簧,弹簧k k2 2伸长(伸长(伸长(伸长(x x2 2-x-x1 1)移项整理得移项整理得移项整理得移项整理得同理同理同理同理,对对对对mm2 22 2自由度振系自由度振系自由度振系自由度振系自由振动微分方程自由振动微分方程自由振动微分方程自由振动微分方程2、自由振动2 2自由度振系自由振动微分方程,可写为自由度振系自由振动微分方程,可写为自由度振系自由振动微分方程,可写为自由度振系自由振动微分方程,可写为联立的二阶常系数联立的二阶常系数联立的二阶常系数联立的二阶常系数线性微分方程组线性微分方程组线性微分方程组线性微分方程组令令令令代入方程组,得代入方程组,
5、得代入方程组,得代入方程组,得2、自由振动可见,系数为零可见,系数为零可见,系数为零可见,系数为零X X X X1 1 1 1=X=X=X=X2 2 2 2=0=0=0=0时,成立,表示振系的平衡状态。时,成立,表示振系的平衡状态。时,成立,表示振系的平衡状态。时,成立,表示振系的平衡状态。要使要使要使要使X X X X1 1 1 1=X=X=X=X2 2 2 20000,系数行列式等于,系数行列式等于,系数行列式等于,系数行列式等于0.0.0.0.频率方程频率方程2、自由振动频率方程的根频率方程的根频率方程的根频率方程的根p p p p2 2 2 2由于由于由于由于aebf,aebf,aeb
6、f,aebf,所以所以所以所以p p p p2 2 2 21 1 1 1与与与与p p p p2 2 2 22 2 2 2都是正数。故振系有连个都是正数。故振系有连个都是正数。故振系有连个都是正数。故振系有连个固有频率固有频率固有频率固有频率p p p p1 1 1 1与与与与p p p p2 2 2 2,唯一决定于振系的参数唯一决定于振系的参数唯一决定于振系的参数唯一决定于振系的参数a,b,e a,b,e a,b,e a,b,e,f,f,f,f,称为振系的,称为振系的,称为振系的,称为振系的固有频率固有频率固有频率固有频率。2、自由振动求主振型求主振型求主振型求主振型振幅比振幅比振幅比振幅比
7、以以以以p p p p2 2 2 21 1 1 1与与与与p p p p2 2 2 22 2 2 2代入,得代入,得代入,得代入,得2、自由振动特解特解特解特解的两种形式:的两种形式:的两种形式:的两种形式:其中其中其中其中p p p p1 1 1 1对应于根号前对应于根号前对应于根号前对应于根号前取负号,是取负号,是取负号,是取负号,是较低的固有频率较低的固有频率较低的固有频率较低的固有频率;p p2 2对应于根号前对应于根号前对应于根号前对应于根号前取正号,是取正号,是取正号,是取正号,是较高的固有频率较高的固有频率较高的固有频率较高的固有频率。2、自由振动1 1 1 100002 2 2
8、 20000,0,故故故故p p1 12 2与与与与p p2 22 2都为正数,振系有两都为正数,振系有两都为正数,振系有两都为正数,振系有两个固有频率个固有频率个固有频率个固有频率3、车辆的振动第一振型:第一振型:第一振型:第一振型:第二振型:第二振型:第二振型:第二振型:3、车辆的振动例例例例5.3-1.5.3-1.国产国产国产国产SH760 SH760 型小轿车的有关数据如下:型小轿车的有关数据如下:型小轿车的有关数据如下:型小轿车的有关数据如下:前后轮轴之间的距离前后轮轴之间的距离前后轮轴之间的距离前后轮轴之间的距离l=2.83l=2.83米,米,米,米,空车空车空车空车 满载满载满载
9、满载前轮悬挂质量(单轮)前轮悬挂质量(单轮)前轮悬挂质量(单轮)前轮悬挂质量(单轮)36.536.5公斤公斤公斤公斤 410410公斤公斤公斤公斤后轮悬挂质量(单轮)后轮悬挂质量(单轮)后轮悬挂质量(单轮)后轮悬挂质量(单轮)305305公斤公斤公斤公斤 445445公斤公斤公斤公斤前轮悬挂刚度(单轮)前轮悬挂刚度(单轮)前轮悬挂刚度(单轮)前轮悬挂刚度(单轮)20.520.5公斤公斤公斤公斤/厘米厘米厘米厘米 20.520.5公斤公斤公斤公斤/厘米厘米厘米厘米后轮悬挂刚度(单轮)后轮悬挂刚度(单轮)后轮悬挂刚度(单轮)后轮悬挂刚度(单轮)22.522.5公斤公斤公斤公斤/厘米厘米厘米厘米 2
10、2.522.5公斤公斤公斤公斤/厘米厘米厘米厘米迴转半径迴转半径迴转半径迴转半径 2 20.95l0.95l1 1l l2 2试估计在满载时的上述固有频率试估计在满载时的上述固有频率试估计在满载时的上述固有频率试估计在满载时的上述固有频率p p1 1与与与与p p2 2.解:解:解:解:前轮悬挂总重前轮悬挂总重前轮悬挂总重前轮悬挂总重 2 2410=820 410=820 410=820 410=820 公斤公斤公斤公斤前轮悬挂总重前轮悬挂总重前轮悬挂总重前轮悬挂总重 2445=890 2445=890 公斤公斤公斤公斤汽车总重汽车总重汽车总重汽车总重 mg=1710 mg=1710 公斤公斤
11、公斤公斤3、车辆的振动质心质心质心质心GG至前轮轮轴的水平距离至前轮轮轴的水平距离至前轮轮轴的水平距离至前轮轮轴的水平距离质心质心质心质心GG至后轮轮轴的水平距离至后轮轮轴的水平距离至后轮轮轴的水平距离至后轮轮轴的水平距离刚度系数刚度系数刚度系数刚度系数 k1=2k1=220.520.5=41.0=41.0=41.0=41.0 公斤公斤公斤公斤/厘米厘米厘米厘米 k2=222.5=45.0 22.5=45.0 公斤公斤公斤公斤/厘米厘米厘米厘米3、车辆的振动迴转半径迴转半径迴转半径迴转半径 为为为为3、车辆的振动故故故故3、车辆的振动4、用初始条件表示的振动一个多自由度系统究竟按什么方式进行自
12、由振动,一个多自由度系统究竟按什么方式进行自由振动,一个多自由度系统究竟按什么方式进行自由振动,一个多自由度系统究竟按什么方式进行自由振动,决定于运动的初始条件。决定于运动的初始条件。决定于运动的初始条件。决定于运动的初始条件。二自由度振系一般的自由振动:二自由度振系一般的自由振动:二自由度振系一般的自由振动:二自由度振系一般的自由振动:频率频率频率频率p p1 1与与与与p p2 2及振幅比及振幅比及振幅比及振幅比 1 1与与与与 2 2都位移都位移都位移都位移决定于决定于决定于决定于振系参数;振系参数;振系参数;振系参数;而,四个任意常数振幅而,四个任意常数振幅而,四个任意常数振幅而,四个
13、任意常数振幅X X1111与与与与X X1212以及相角以及相角以及相角以及相角 1 1与与与与 2 2,决定决定决定决定于于于于初始条件。初始条件。初始条件。初始条件。二自由度振系有四个初始条件:二自由度振系有四个初始条件:二自由度振系有四个初始条件:二自由度振系有四个初始条件:T=0T=0时,时,时,时,4、用初始条件表示的振动以此系统为例以此系统为例以此系统为例以此系统为例主振型,振幅比主振型,振幅比主振型,振幅比主振型,振幅比振系频率振系频率振系频率振系频率4、用初始条件表示的振动下面考虑下面考虑下面考虑下面考虑三种不同情况三种不同情况三种不同情况三种不同情况的初始条件。的初始条件。的
14、初始条件。的初始条件。1.1.设设设设t=0t=0时,时,时,时,代入代入代入代入得得得得 4、用初始条件表示的振动代入自由振动方程,得代入自由振动方程,得代入自由振动方程,得代入自由振动方程,得振系按第一振型振动,中间弹簧始终不受力。振系按第一振型振动,中间弹簧始终不受力。振系按第一振型振动,中间弹簧始终不受力。振系按第一振型振动,中间弹簧始终不受力。4、用初始条件表示的振动2.2.设设设设t=0t=0时,时,时,时,代入代入代入代入得得得得4、用初始条件表示的振动代入自由振动代入自由振动代入自由振动代入自由振动 方程,得方程,得方程,得方程,得振系按第二振型振动,中间弹簧中点始终静止。振系
15、按第二振型振动,中间弹簧中点始终静止。振系按第二振型振动,中间弹簧中点始终静止。振系按第二振型振动,中间弹簧中点始终静止。4、用初始条件表示的振动3.3.设设设设t=0t=0时,时,时,时,代入代入代入代入得得得得4、用初始条件表示的振动代入自由振动方程,得代入自由振动方程,得代入自由振动方程,得代入自由振动方程,得振系为两种振型的叠加,一般不是周期的。振系为两种振型的叠加,一般不是周期的。振系为两种振型的叠加,一般不是周期的。振系为两种振型的叠加,一般不是周期的。4、用初始条件表示的振动下面考虑下面考虑下面考虑下面考虑频率频率频率频率p p1 1与与与与p p2 2相差很小相差很小相差很小相
16、差很小的振动形式的振动形式的振动形式的振动形式由例由例由例由例2 2求得结果,求得结果,求得结果,求得结果,设设设设t=0t=0时,时,时,时,设设设设则则则则p p1 1与与与与p p2 2相差很小,相差很小,相差很小,相差很小,4、用初始条件表示的振动根据和差化积公式,变换根据和差化积公式,变换根据和差化积公式,变换根据和差化积公式,变换由上述第三种情况,得由上述第三种情况,得由上述第三种情况,得由上述第三种情况,得振幅振幅振幅振幅频率频率频率频率振幅不是常振幅不是常振幅不是常振幅不是常数数数数T=0T=0时,左摆振幅为时,左摆振幅为时,左摆振幅为时,左摆振幅为A A,右摆静止;此后,左摆
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