振动实验报告讲解

振动与控制系列实验

姓名：李方立 学号：201520000111

电子科技大学机械电子工程学院

实验1 简支梁强迫振动幅频特性和阻尼的测量

一、实验目的

1、学会测量单自由度系统强迫振动的幅频特性曲线。

2、学会根据幅频特性曲线确定系统的固有频率f0和阻尼比。

二、实验装置框图

图3.1表示实验装置的框图

振动传感器 激振器 力传感器 质量块 简支梁 动态分析仪 扫频信号源 计算机系统及分析软件 打印机或 绘图仪 图3-1 实验装置框图

K C X M

图3-2 单自由度系统力学模型

三、实验原理

单自由度系统的力学模型如图3-2所示。在正弦激振力的作用下系统作简谐强迫振动，

设激振力F的幅值B、圆频率ωo(频率f=ω／2π)，系统的运动微分方程式为：

d2xdxM2?C?Kx?Fdtdtd2xdx2?2n??x?F/M2dtdtd2xdx?2????2x?F/M2dt或 dt （3-1）

式中：ω—系统固有圆频率 ω =K/M

n ---衰减系数 2n=C/M ξ---相对阻尼系数 ξ=n/ω

F——激振力 F?Bsin?0t?Bsin(2?ft) 方程①的特解，即强迫振动为：

x?Asin(?0??)?Asin(2?f??) （3-2）

式中：A——强迫振动振幅

? --初相位

A?

B/M22(?2??0)2?4n2?0 （3-3）

式(3-3)叫做系统的幅频特性。将式(3-3)所表示的振动幅值与激振频率的关系用图形表示，称为幅频特性曲线(如图3-3所示)：

M X C 3-2 单自由度系统力学模型 3-3 单自由度系统振动的幅频特性曲线

图3-3中，Amax为系统共振时的振幅；f0为系统固有频率，f1、f2为半功率点频率。

K 振幅为Amax时的频率叫共振频率f0。在有阻尼的情况下，共振频率为：

fa?f1?2? (3-4) 当阻尼较小时，fa?f0故以固有频率f0作为共振频率fa。在小阻尼情况下可得

2??

f2?f12f0 (3-5)

f1、f2的确定如图3-3所示：

一、 实验方法

1、 激振器安装

把激振器安装在支架上，将激振器和支架固定在实验台基座上，并保证激振器顶杆对简支梁有一定的预压力（不要超过激振杆上的红线标识），用专用连接线连接激振器和DH1301输出接口。

2、 将测试系统连接好

将力传感器输出信号接到采集仪的1-1通道。点采样控制栏的运行参数按钮

，设置

参考通道为1-1，将速度传感器布置在激振器附近，传感器测得的信号接到采集仪的1-2通道。

3、 仪器设置

打开仪器电源，进入控制分析软件，新建一个文件（文件名自定），设置采样频率、量程范围、工程单位和标定值等参数，在数据显示窗口内点击鼠标右键，选择信号，选择显示时间波形1-2，开始采集数据，数据同步采集显示在图形窗口内。

4、 调节DH1301扫频信号源的输出频率，激振信号源显示的频率即为简支梁系统强迫振动

的频率fy。

5、 改变输出频率：把频率调到零，逐渐增大频率到50Hz。每增加一次2—5Hz，在共振峰

附近尽量增加测试点数。并将振动幅值及对应频率填入表3-1。 6、 验证上述实验结果：分析软件进入到频响函数分析模块。

? 设置信号源频率，起始频率：5Hz，结束频率：100Hz，线性扫频间隔：1Hz/s。 ? 设置分析软件，平均方式：峰值保持；信号显示窗口内，选择显示频响函数1-2/1-1

曲线；

? 开始采集数据，输出扫频信号给激振器。直到扫频信号达到结束频率，手动停止扫

频。

? 频响函数曲线类似图3.3。

五、实验结果分析

1、实验数据 表3-l

频率(Hz) 振幅 40 5.5 41 6.6 42 7.7 43 10.2 44 15.3 45 21 46 19.5 47 15.8 48 12.4 2、根据表3-1中的实验数据绘制系统强迫振动的幅频特性曲线。

3、确定系统固有频率

f0=45Hz (幅频特性曲线共振峰的上最高点对应的频率近似等于系统固有频率)。

4、确定阻尼比?。按图3.3所示计算O.707Amax，然后在幅频特性曲线上确定f1、f2利用

式(3.5)计算出阻尼比。

由图3-4得f1=44，f2=47。带入3-5式得?=0.033