汽车振动学全部实验指导月日学习教案.pptx

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1、会计学1汽车振动学全部汽车振动学全部(qunb)实验指导月日实验指导月日第一页，共74页。汽车汽车(qch)(qch)振动学实验安排振动学实验安排1Matlab环境熟悉23456第1页/共74页第二页，共74页。一一.实验实验(shyn)内容与要求内容与要求n n本学期考核7个实验，并将7个实验的前期分析、源程序、运行结果(ji gu)和结果(ji gu)分析展示出来。实验1实验2实验3实验4实验5实验6实#58.实验7的理论基础及相关说明验7第2页/共74页第三页，共74页。二二.实验实验(shyn)详细要求详细要求n n11周实验(shyn)单自由度阻尼振动分析(fnx)：包括欠阻尼、临界

2、阻尼和过阻尼单自由度简谐振动幅频相频特性曲线实验1实验2第3页/共74页第四页，共74页。实验实验1的理论基础的理论基础(jch)及相关说明及相关说明实验(shyn)要求第4页/共74页第五页，共74页。阻尼自由阻尼自由(zyu)振动振动 前面讲的自由振动系统没有(mi yu)考虑阻力的影响，实际由于阻力的存在系统机械能不可能守恒，振动中这种阻力称为阻尼，如摩擦阻尼、电磁阻尼、介质阻尼和结构阻尼。对于实际系统中的阻尼很难确定，工程中最常见的一种阻尼力学(l xu)模型是粘性阻尼，如在流体中运动、在润滑表面的滑动。第5页/共74页第六页，共74页。粘性(zhn xn)阻尼力与相对速度成正比c：粘

3、性阻尼(zn)系数，或阻尼(zn)系数，单位：建立平衡位置坐标系，受力分析(fnx)：阻尼力、弹性力、重力得到动力学方程：或者写为：其中，固有频率：相对阻尼系数：第6页/共74页第七页，共74页。得到(d do)特征方程：令：再得到(d do)方程特征根：对应三种(sn zhn)情况：%为什么结果不对clear allsyms e w0%solve(w02+r2+2*e*r=0)solve(r2+2*r*e+w02=0)第7页/共74页第八页，共74页。第一种情况(qngkung)：欠阻尼两个(lin)复数根阻尼(zn)固有频率：方程特征根：由初始条件决定振动方程：也称为有阻尼的振动固有频率第

4、8页/共74页第九页，共74页。零时刻(shk)的初始条件为：零初始条件的自由(zyu)振动为：或者(huzh)：第9页/共74页第十页，共74页。阻尼(zn)固有频率：阻尼自由(zyu)振动周期：无阻尼(zn)自由振动周期。结论：1。阻尼自由振动周期大于无阻尼自由振动的周期或者：阻尼自由振动频率小于无阻尼自由振动的频率2。欠阻尼是一种振幅逐渐衰减的振动。第10页/共74页第十一页，共74页。单自由度阻尼振单自由度阻尼振动动(z(z n zhn n zhn dndn)的的matlabmatlab仿仿真动画。真动画。源程序源程序第11页/共74页第十二页，共74页。Matlab仿真仿真(fn z

5、hn)分析分析源程序第12页/共74页第十三页，共74页。实验实验(shyn)要求要求（1 1）将上述源程序读懂（包含）将上述源程序读懂（包含临界阻尼和欠阻尼）临界阻尼和欠阻尼）（2 2）参考）参考(cnk(cnk o)o)上述程序，上述程序，将阻尼比将阻尼比共共1010条，并比较各响应曲线特条，并比较各响应曲线特性。性。（3 3）请同时考虑过阻尼曲线）请同时考虑过阻尼曲线第13页/共74页第十四页，共74页。动力学方程(fngchng)：特征方程：特征(tzhng)根：第二种情况(qngkung)：过阻尼 特征根：两个不相等的负实数根振动解：第14页/共74页第十五页，共74页。振动(zhn

6、dng)解：给定(i dn)初始条件：则：响应(xingyng)图结论：一种按照指数规律衰减的非周期蠕动，没有振 动发生。第15页/共74页第十六页，共74页。动力学方程(fngchng)：特征方程：特征(tzhng)根：第三种情况(qngkung)：临界阻尼特征根：两个重实数根振动解：第16页/共74页第十七页，共74页。振动(zhndng)解：给定(i dn)初始条件：则：响应(xingyng)图结论：仍按照指数规律衰减的非周期蠕动，没有振动发生。衰减速度比过阻尼快。临界阻尼系数：第17页/共74页第十八页，共74页。Matlab仿真仿真(fn zhn)分析分析源程序第18页/共74页第十

7、九页，共74页。三种阻尼情况(qngkung)总结：欠阻尼临界阻尼过阻尼响应(xingyng)图欠阻尼是一种振幅逐渐衰减的振动；过阻尼是一种按指数规律衰减的非周期(zhuq)蠕动，没 有振动临界阻尼也是只衰减不振动，衰减稍快。第19页/共74页第二十页，共74页。实验实验2的理论的理论(lln)基基础及相关说明础及相关说明Matlab仿真(fn zhn)实验要求第20页/共74页第二十一页，共74页。简谐力激励简谐力激励(jl)的强迫振动的强迫振动质量(zhling)-弹簧系统，激励为：则振动(zhndng)微分方程与初始条件：第21页/共74页第二十二页，共74页。初始条件响应(xingyn

8、g)自由伴随(bn su)振动强迫(qing p)响应解：其中：第22页/共74页第二十三页，共74页。初始条件响应(xingyng)自由(zyu)伴随振动强迫(qing p)响应其中：振幅放大因子静位移系统滞后于谐波力的相位角第23页/共74页第二十四页，共74页。经过充分时间后，作为瞬态响应(xingyng)的前两项振动都消失，只剩稳态强迫振动第24页/共74页第二十五页，共74页。稳态响应(xingyng)特性以s为横坐标，画出幅频特性曲线(qxin)：结论(jiln)：(1)当激振频率远小于系统固有频率响应的振幅与静位移相当第25页/共74页第二十六页，共74页。稳态响应(xingyn

9、g)特性结论(jiln)：(2)当激振频率(pnl)远大于系统固有频率(pnl)响应的振幅很小第26页/共74页第二十七页，共74页。稳态响应(xingyng)特性结论(jiln)：(3)当激振频率接近(jijn)于系统固有频率共振，振幅无穷大但共振受阻尼的影响较大，在s=1的附近，增加阻尼使振幅明显下降第27页/共74页第二十八页，共74页。源程序第28页/共74页第二十九页，共74页。Matlab仿真仿真(fn zhn)实验要求实验要求n n根据幅频特性曲线的程序(chngx)的分析，编制相频特性曲线！参考程序(chngx)：需要完善完善程序第29页/共74页第三十页，共74页。稳态响应(

10、xingyng)特性结论(jiln)：(4)相频特性1.相位角接近于0，位移与激振力在相位上相同(xin tn)2.相位角接近于 ，位移与激振力反相3.相位角接近于第30页/共74页第三十一页，共74页。二二.实验实验(shyn)详细要求详细要求n n13周实验(shyn)基于(jy)MatLab的偏心质量引起的强迫振动分析实验3第31页/共74页第三十二页，共74页。偏心质量引起偏心质量引起(ynq)的强迫振动的强迫振动 旋转旋转(xunzhun)机械如电动机、水泵、汽车发动机等，由于偏机械如电动机、水泵、汽车发动机等，由于偏心质量而引起强迫振动是很普遍的现象。心质量而引起强迫振动是很普遍的

11、现象。m1em2xF0ckx力学力学(l xu)模型模型第32页/共74页第三十三页，共74页。偏心质量偏心质量(zhling)引起的干扰力分析引起的干扰力分析 m1em2xF0ckx偏心质量偏心质量(zhling)的离的离心惯性力心惯性力垂直垂直(chuzh)分分量量第33页/共74页第三十四页，共74页。偏心质量偏心质量(zhling)引起的强迫振动引起的强迫振动分析分析 m1em2xF0ckx第34页/共74页第三十五页，共74页。偏心偏心(pinxn)质量引起的强迫振动分质量引起的强迫振动分析析 BA第35页/共74页第三十六页，共74页。基于基于基于基于MatLabMatLab的偏心

12、质量引起的强迫的偏心质量引起的强迫的偏心质量引起的强迫的偏心质量引起的强迫(qi(qi ng p)ng p)振振振振动分析动分析动分析动分析n n（2）求响应相位角滞后(zh hu)于激振力的相位角n n 随频率比 和阻尼比 的变化曲线。基于MatLab的偏心质量引起的强迫(qing p)振动分析。（1）参考书上的内容p6-p8，特别是公式和，求动态放大因子 随频率比 和阻尼比 的变化曲线。第36页/共74页第三十七页，共74页。基于基于基于基于(jy)MatLab(jy)MatLab的偏心质量引起的强迫振动分的偏心质量引起的强迫振动分的偏心质量引起的强迫振动分的偏心质量引起的强迫振动分析析析

13、析n n（2）求响应(xingyng)相位角滞后于激振力的相位角n n 随频率比 和阻尼比 的变化曲线。基于MatLab的偏心质量引起的强迫振动分析。（1）参考书上的内容p6-p8，特别是公式和，求动态放大(fngd)因子 随频率比 和阻尼比 的变化曲线。第37页/共74页第三十八页，共74页。n n实验3没有参考程序，可以参考试验2！n n实验三与2程序（幅频相频特性完全一致，只是代表(dibio)物理含义名称稍有不同）完全一样。第38页/共74页第三十九页，共74页。二二.实验实验(shyn)详细要求详细要求n n13周实验(shyn)基于Matlab三自由度振动(zhndng)分析多自由

14、度汽车振动分析实验4实验5第39页/共74页第四十页，共74页。基于基于(jy)Matlab三自三自由度振动分析由度振动分析n n参考源程序参考源程序1 motaiqiujie.m1 motaiqiujie.mn n符号符号(fho)(fho)方程的求解，解特征方程得到三个振动方程的求解，解特征方程得到三个振动固有频率；固有频率；n n源程序源程序2 chapter2_3freed.m2 chapter2_3freed.mn n（1 1）首先读懂程序）首先读懂程序n n（2 2）系统）系统MM和和K K矩阵如下，且矩阵如下，且m=1000kgm=1000kg；k=106 k=106，求固有频率

15、和三个振型的实频和虚频曲线、幅频和求固有频率和三个振型的实频和虚频曲线、幅频和相频曲线和相频曲线和NyquistNyquist图。理解主振动含义。图。理解主振动含义。实验4第40页/共74页第四十一页，共74页。Matlab求特征值和特征向量求特征值和特征向量特征值和特征向量(MATLAB学习(xux)第41页/共74页第四十二页，共74页。源程序运行源程序运行(ynxng)结果结果n n得到得到(d do)(d do)固固有频率有频率n n1/m*3(1/2)*(m*1/m*3(1/2)*(m*k)(1/2)k)(1/2)n n1/m*(m*k)(1/2)1/m*(m*k)(1/2)n n2

16、/m*(m*k)(1/2)2/m*(m*k)(1/2)思考(sko)：为什么求出的1,2、3主振动顺序变了-1,1,1 0,2,-1 1,1,1-1,1,1 0,-1,2 1,1,1 1,1,-1 2,-1,0 1,1,1 1,-1,-1 2,1,0 1,-1,1第42页/共74页第四十三页，共74页。实频和虚频曲线(qxin)幅频和相频曲线(qxin)Nyquist图参考程序部分结果第43页/共74页第四十四页，共74页。实验实验4的理论的理论(lln)基基础及相关说明础及相关说明Matlab仿真实验(shyn)要求第44页/共74页第四十五页，共74页。隔振原理隔振原理(yunl(yunl

17、)2 2）被动隔振：振源来自地基，为减少对地基对机）被动隔振：振源来自地基，为减少对地基对机）被动隔振：振源来自地基，为减少对地基对机）被动隔振：振源来自地基，为减少对地基对机器的振动器的振动器的振动器的振动(zhndng)(zhndng)影响而采取的措施。影响而采取的措施。影响而采取的措施。影响而采取的措施。第45页/共74页第四十六页，共74页。隔振原理隔振原理(yunl(yunl)隔振后系统稳态响应隔振后系统稳态响应(xingyng)的振幅：的振幅：注：与主动隔振评价指标表达式完全一样注：与主动隔振评价指标表达式完全一样(yyng)。两者统称为传递率。两者统称为传递率。评价指标为评价指标

18、为位移传递率位移传递率位移传递率位移传递率：第46页/共74页第四十七页，共74页。隔振原理隔振原理(yunl(yunl)结论：结论：结论：结论：1 1）不论阻尼为多少，）不论阻尼为多少，）不论阻尼为多少，）不论阻尼为多少，只有在频率只有在频率只有在频率只有在频率(pnl)(pnl)比比比比 才有隔振效果；才有隔振效果；才有隔振效果；才有隔振效果；2 2）在给定某个频率）在给定某个频率）在给定某个频率）在给定某个频率(pnl)(pnl)比的值，比的值，比的值，比的值，隔隔隔隔振效果随着阻尼比的减少振效果随着阻尼比的减少振效果随着阻尼比的减少振效果随着阻尼比的减少而降低；而降低；而降低；而降低；

19、频率(pnl)比一般定在2.54.5之间，隔振效率为8090第47页/共74页第四十八页，共74页。n n请问：位移(wiy)传递率和隔振效率的关系？第48页/共74页第四十九页，共74页。13周附加实验周附加实验(shyn)：T值的值的Matlab仿真分析（关键在于理仿真分析（关键在于理解）解）第49页/共74页第五十页，共74页。实验实验(shyn)要求要求n n（1）请同学们读懂源程序，修改源程序使之与前一图相似，并且标注n n（2）请回答T值图为什么与上一实验(shyn)幅频特性曲线一致。讲解(jingji)到这里第50页/共74页第五十一页，共74页。实验实验5的理论基础及相关的理论

20、基础及相关(xinggun)说明说明Matlab仿真实验(shyn)要求第51页/共74页第五十二页，共74页。14周实验：周实验：Matlab仿真发动机四点悬置振动仿真发动机四点悬置振动(zhndng)分析分析n n（2）给定(i dn)发动机的参数书上的题3.5（p119）n n未求和答案，请优化程序并计算结果。11.8760 3.6658 1.7969 0.0000 0.0000 0+0.0000i 17.5785 9.9970 8.8000 5.6302 2.9272 2.0988 17.5785 9.9970 8.8000 5.6302 2.9272 2.0988外部求和for循环求

21、和错误结果第52页/共74页第五十三页，共74页。实验实验6的理论的理论(lln)基基础及相关说明础及相关说明Matlab仿真(fn zhn)实验要求第53页/共74页第五十四页，共74页。发动机气门振动发动机气门振动发动机气门振动发动机气门振动(zhndng)(zhndng)(zhndng)(zhndng)模型模型模型模型 求出固有频率求出固有频率(yu pn l)：特征频率方程特征频率方程特征频率方程特征频率方程(fngchng)(fngchng)：给出：给出：第54页/共74页第五十五页，共74页。Matlab仿真仿真(fn zhn)计算：计算：利用行列式值求矩阵特征根！利用行列式值求矩

22、阵特征根！n n要求(yoqi)：利用行列式值求矩阵特征根！n n答案不对f1=6.2695e+003+1.3557e-029if2=8.9259e+002-4.6435e-029if3=3.6517e+003-1.3183e-029i17周实验6：利用行列式值求矩阵(j zhn)特征根！第55页/共74页第五十六页，共74页。发动机气门发动机气门发动机气门发动机气门(qmn)(qmn)(qmn)(qmn)振动模型振动模型振动模型振动模型 气门结构简化气门结构简化气门结构简化气门结构简化(jinhu)(jinhu)力学模型：力学模型：力学模型：力学模型：2 2）无阻尼三自由度模型）无阻尼三自由

23、度模型）无阻尼三自由度模型）无阻尼三自由度模型气门(qmn)的等效质量挺杆的等效质量摇臂的等效质量对应刚度第56页/共74页第五十七页，共74页。发动机气门发动机气门发动机气门发动机气门(qmn)(qmn)(qmn)(qmn)振动模型振动模型振动模型振动模型 无阻尼无阻尼无阻尼无阻尼(zn)(zn)三自由度系统运动微分方程：三自由度系统运动微分方程：三自由度系统运动微分方程：三自由度系统运动微分方程：mm、k k、x x分别分别分别分别(fnbi)(fnbi)为气门、挺杆和摇臂等为气门、挺杆和摇臂等为气门、挺杆和摇臂等为气门、挺杆和摇臂等效质量、效质量、效质量、效质量、等效刚度和垂直位移。等效

24、刚度和垂直位移。等效刚度和垂直位移。等效刚度和垂直位移。F0-气门推力-摇臂转角第57页/共74页第五十八页，共74页。发动机气门振动发动机气门振动发动机气门振动发动机气门振动(zhndng)(zhndng)(zhndng)(zhndng)模型模型模型模型 系统运动微分方程系统运动微分方程(wi fn fn chn)求解：求解：第58页/共74页第五十九页，共74页。发动机气门发动机气门发动机气门发动机气门(qmn)(qmn)(qmn)(qmn)振动模型振动模型振动模型振动模型 求出固有频率求出固有频率(yu pn l)：特征频率方程特征频率方程特征频率方程特征频率方程(fngchng)(fn

25、gchng)：给出：给出：第59页/共74页第六十页，共74页。Matlab仿真计算仿真计算(j sun)：利：利用行列式值求矩阵特征根！用行列式值求矩阵特征根！n n要求：利用行列式值求矩阵特征根！n n答案(d n)有一些差距，请同学们查错，计算正确答案(d n)17周实验(shyn)6：利用行列式值求矩阵特征根！第60页/共74页第六十一页，共74页。实验实验(shyn)7的理论基的理论基础及相关说明础及相关说明Matlab仿真(fn zhn)实验要求第61页/共74页第六十二页，共74页。例例例例 4-14-14-14-1求三圆盘求三圆盘(yun pn)扭振系统的扭振系统的固有频率和固

26、有频率和扭振模态。扭振模态。N=3，两端自由，两端自由(zyu)：J1圆盘，令圆盘，令解：解：解：解：扭转振动分析扭转振动分析扭转振动分析扭转振动分析(fnx)(fnx)(fnx)(fnx)的传递矩阵法的传递矩阵法的传递矩阵法的传递矩阵法第62页/共74页第六十三页，共74页。圆盘圆盘(yun pn)J2：扭转振动扭转振动扭转振动扭转振动(zhndng)(zhndng)(zhndng)(zhndng)分析的传递矩阵法分析的传递矩阵法分析的传递矩阵法分析的传递矩阵法第63页/共74页第六十四页，共74页。圆盘圆盘(yun pn)J3：扭转振动分析扭转振动分析扭转振动分析扭转振动分析(fnx)(f

27、nx)(fnx)(fnx)的传递矩阵法的传递矩阵法的传递矩阵法的传递矩阵法第64页/共74页第六十五页，共74页。给定一组给定一组 ，求出，求出 与与 的关系的关系(gun x)曲线：曲线：得到得到(d do)：扭转扭转扭转扭转(ni(ni(ni(nizhuzhuzhuzhun)n)n)n)振动分析的传递矩阵法振动分析的传递矩阵法振动分析的传递矩阵法振动分析的传递矩阵法第65页/共74页第六十六页，共74页。扭转振动分析的传递扭转振动分析的传递扭转振动分析的传递扭转振动分析的传递(chund)(chund)(chund)(chund)矩阵法矩阵法矩阵法矩阵法得到得到(d do)3阶扭振模态：阶

28、扭振模态：第66页/共74页第六十七页，共74页。扭转振动扭转振动扭转振动扭转振动(zhndng)(zhndng)(zhndng)(zhndng)分析的传递矩阵法分析的传递矩阵法分析的传递矩阵法分析的传递矩阵法扭振模态图扭振模态图第67页/共74页第六十八页，共74页。Matlab分析分析(fnx)计算计算n n请用Matlab实现书上例题4-1的计算过程，并且画出如图4.1-3的a）b）两图！n n请同学们实验前先写好程序，然后到实验室实现！最后两次实验要演示计分(j fn)。n n请同学们按期完成大作业！18周实验7：例题(lt)4-1matlab分析计算第68页/共74页第六十九页，共7

29、4页。三、实验演示三、实验演示(ynsh)要求要求n n请同学们按实验1到7的要求完成实验内容并演示，我会现场给出现场演示给分！如果今天没有完成则演示部分只有30X60%，另外一部分成绩可以通过实验报告获得！n n请同学们在17周星期四之前上交所有的作业。（包括大作业一组一份，要将本组业绩(yj)写明，和实验报告一人一份）第69页/共74页第七十页，共74页。四四.实验报告格式实验报告格式(g shi)与要求与要求n n见实验报告格式要求见实验报告格式要求n n汽车振动学实验报告汽车振动学实验报告n n全班分为全班分为6 6组，可以以组为单位来完成实验的前期准备分析，程序编组，可以以组为单位来

30、完成实验的前期准备分析，程序编写、程序调试与结果展示写、程序调试与结果展示(zh(zh nsh)nsh)。n n每一次课我都会现场看各组的实验情况，并根据同学们的实验给出实每一次课我都会现场看各组的实验情况，并根据同学们的实验给出实验演示分。所以同学们的前期分析准备是非常重要和必要的。验演示分。所以同学们的前期分析准备是非常重要和必要的。n n每一次实验课完成以后就可以将相应的实验报告内容完成，最后打印每一次实验课完成以后就可以将相应的实验报告内容完成，最后打印出来实验报告！出来实验报告！第70页/共74页第七十一页，共74页。五、汽车振动五、汽车振动(zhndng)(zhndng)学成绩构成学成绩构成 实验课成绩考核方法 实验综合演示(ynsh)：50%实验报告：30%出勤：20%第71页/共74页第七十二页，共74页。大作业大作业(zuy)要求补充要求补充n n根据每一组的所给的题材不同有不同的分析(fnx)！就是要再现所给“期刊论文”的内容，要有动力学建模、模型分析(fnx)、矩阵分析(fnx)与计算、数据推导、实验结果和结果分析(fnx)，并且要附上程序。也就是一个比“期刊论文”更详细具体的说明书。n n每一组大作业最后要写明每个人所负责的工作！第72页/共74页第七十三页，共74页。第73页/共74页第七十四页，共74页。