機械振動基礎總結

2021-12-22 12:13:10 字數 3873 閱讀 3100

1. 按照系統激勵的型別不同振動分類?

通常按外界激勵情況分類:

自由振動系統在初始激勵下或外界激勵消失後的振動。

強迫振動系統在持續的外界激勵作用下產生的振動。

自激振動系統內部激發反饋產生的週期性振動,稱為自激振動。

參激振動

2. 疊加原理一般適合於什麼振動系統?在一定條件下可用什麼關係處理?

疊加原理是分析線性振動系統的振動性質的基礎,這裡,我們用微分運算元的方法給出疊加原理的數學表達。

3. 振動系統中,彈性元件、慣性元件、儲存什麼能?什麼消耗能量?

在系統振動過程中,慣性元件儲存和釋放動能,彈性元件儲存和釋放勢能,阻尼元件耗散振動能量。

4. 週期運動可用什麼形式來表述?

簡諧運動是最簡單的週期運動,簡諧運動的兩種表示方法:向量表示法,複數表示法。

5. 根據系統、激勵與響應的關係,振動問題可以分為哪三種基本課題?

從理論上講,激勵、系統和響應三者知其二可求第三者。因此,常見的振動問題可以分為以下幾種基本課題。

● 振動設計在已知外界激勵的條件下設計系統的振動特性,使其響應滿足預期要求。

● 系統識別根據已知的激勵與響應的特性分析系統的性質,並可進一步得到系統地全部引數。

● 環境**已知系統振動性質和響應,研究激勵的特性。

6. 等效剛度指什麼?什麼是等效質量?

通常稱系統在動能意義下的質量為系統的等效質量。等效剛度,它是指在勢能意義下的剛度。

7. 受迫振動的響應有哪部分組成?

受迫振動的響應由穩態響應和瞬態響應構成。

8. 主動隔振係數「」指的是什麼?

積極隔振的隔振效果由下式表示:

(隔振係數) =n/p (n為隔振後系統傳遞給地基的動載荷幅值;p未隔振時系統傳遞給地基的動載荷的幅值。顯然)

消極隔振的隔振效果由下式表示:

(隔振係數)=x/a(x為裝置隔振後的振幅;a為振源的振幅。)

9. 柔度係數的物理意義?剛度係數的物理意義?

的物理意義:在j座標處作用單位廣應力,引起i座標的廣義位移。

剛度係數的物理意義:僅在j座標處產生單位廣義位移,系統平衡時需在i廣義座標處

施加廣義力。

10. 動力方程是否存在耦合?主要依據什麼?

一般來說,多自由度系統的運動微分方程中的質量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣都可能不是對角矩陣,這樣微分方程存在耦合。

方程是否存在耦合和存在什麼種類的耦合依賴於所選取的描述系統的廣義座標,並不是系統本身的性質。

11. 耦合項根據性質分為哪三種?

如果質量矩陣是非對角矩陣,稱方程存在慣性耦合;如果阻尼矩陣是非對角矩陣,稱方程存在阻尼耦合;如果剛度矩陣是非對角矩陣,稱方程存在彈性耦合。

12. 工程中rayleigh阻尼是阻尼矩與什麼線形組合?

在工程中常設阻尼為rayleigh阻尼,即認為阻尼矩陣是質量矩陣和剛度矩陣的線形組合。

13. 機械振動系統中,固有頻率和哪些因素有關?關係如何?

固有頻率的兩個表示式= = ,知:固有頻率和系統的剛度和質量有關,、與成正比而與成反比。因此,當系統的質量不變而剛度增加時,系統地固有頻率增高。

反之,當系統的剛度不變而質量增加時,固有頻率降低。

14. 簡述振動系統實際阻尼、臨界阻尼、阻尼比聯絡與區別。

根據阻尼的大小,系統地自由振動呈現兩種不同的形式:振動與非振動時。在這兩種形式之間存在著一種過渡狀態,它也是非振動時對應於這一過渡狀態的阻尼稱為臨界阻尼。

只有當系統的阻尼低於臨界阻尼時,系統才會發生自由振動。

==2m 為臨界阻尼稱為系統的阻尼比,又稱為相對

阻尼係數

15. 簡述阻尼振動的三種情況差異。

單自由度系統阻尼自由振動的系統微分方程:m=-kx-c

(2-21) 為得到它的解,設x=a,這裡a、s、t均是與時間無關的待定常數。代入(2-21)有a(m+cs+k) =0 (2-22)

首先a不為零。a為零得到x=0 ,則僅當初始條件為零才滿足(2-22),但這個解是無意義的,它對應於系統的靜止狀態。對所有時刻t,式(2-22)都應成立 ,因此得

m+cs+k=0 (2-23) ; 式(2-23)被稱為(2-21)的特徵方程。由於m、k、c、s都與時間無關,所以特徵方程是關於s的一元二次代數方程,其根為

2-24) 令=2=2m (2-25) 稱為系統的臨界阻尼。再令 === (2-26) 稱為系統阻尼比,又稱為相對阻尼係數。利用可把(2-21)寫成 +2 +x=0 (2-27) 把式(2-26)代入(2-24)得

= - ± (2-28)

從式(2-28)可見,若1,s是實數, 1,s是複數。

根據的大小,可得到三種不同形式的解:

1) 1,即,此時為強阻尼(又稱過阻尼)情況。特徵方程的根為

均為實數。

結論【強阻尼情況下系統的運動不是振動】

2) =1,即,此時為臨界阻尼情況。特徵方程的根為

=- 即為重根。 結論【臨界阻尼情況下的系統的運動也不是振動】

3) 1,即,此時為弱阻尼情況,特徵方程的根

= - ±均為複數,且為一對共軛複數。方程(2-21)的解為

=x這裡 = 稱為阻尼固有頻率。

結論。(課本p22~p24)

16. 簡述多自由度係數法求解質量矩陣、剛度矩陣的一般方法。

17. 簡述多自由度系統在外部激勵作用下的分析方法。

18. a.振動系統中,慣性增加,系統地固有頻率降低。剛度增加,系統地固有頻率增加。(對)

固有頻率的兩個表示式= = ,知:固有頻率和系統的剛度和質量有關,、與成正比而與成反比。因此,當系統的質量不變而剛度增加時,系統地固有頻率增高。

反之,當系統的剛度不變而質量增加時,固有頻率降低。

b.阻尼自由振動週期小於無阻尼自由振動週期(錯)

週期 t= , 無阻尼振動,阻尼振動固有頻率=

c.欠阻尼是振動振幅衰減的振動,過阻尼也是嗎?

欠阻尼是振動振幅衰減的振動,過阻尼都不是振動。

d.線形系統簡諧激勵穩態響應頻率等同於激勵頻率相位滯後的簡諧振動嗎?(對)

受簡諧激勵的系統的穩態響應也是簡諧的,其振動頻率等於激勵的頻率,激勵與響應之間有一相位差,稱為響應的相角。(p26)

e.穩態響應振幅和相位與系統和初始條件有關,對嗎?(錯)

簡諧激勵作用下受迫振動穩態響應的特徵摘自《振動力學》,劉延柱等,高等教育出版社

1. 穩態響應是與激勵力頻率相同的簡諧振動。

2. 振幅和相位均由系統本身和激勵力的物理性質確定,與初始條件無關。

3. 激勵力頻率遠小於固有頻率時振幅接近於彈簧靜形變,激勵力頻率遠大於固有頻率時振幅趨近於0。

4. 對於無阻尼系統,激勵力頻率等於固有頻率時,受迫振動的振幅無限增大,稱作共振現象。

5. 對於有阻尼系統,激勵力頻率趨近於固有頻率時振幅也急劇增大。將振幅取極大值時激勵頻率定義為共振頻率,因此

有阻尼系統的共振頻率略小於固有頻率,共振區內的振幅特性曲線稱作共振峰。

6. 共振時振幅受阻尼係數的影響顯著,阻尼較小時振幅急劇增大,阻尼較強時振幅變化平緩,當時振幅無極值。因此系

統阻尼的強弱性質和共振峰的陡峭程度可通過共振時的振幅放大因子體現,稱作系統的品質因數。

7. 受迫振動的響應和激勵力在低頻範圍內同相,在高頻範圍內反相,阻尼越小,同相和反相的現象越明顯;增大阻尼,

相位差逐漸向趨近π/2;共振時的相位差為π/2,與阻尼無關。

f.簡諧波分析方法就是通過傅氏變換把週期激勵轉化為一系列基頻數倍數的簡諧波激

勵疊加,對嗎?(對)

簡諧波分析方法是通過傅氏變換把週期激勵轉化為一系列基頻數倍數的簡諧波激

勵疊加,再求出每個頻率分量激勵產生的響應,再將這些響應疊加,得到週期激勵產

生的響應

g. 脈衝激勵響應包含了暫態和穩態成分?(對)

由於本人水平有限,《總結》當中難免有錯誤和不當之處,自行修改。

2023年06月25

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