【机械振动实验】是针对机械系统振动特性进行研究的一门实践性课程,主要涉及单自由度系统的自由振动和强迫振动。实验旨在让学生理解和掌握振动的基本概念,包括固有频率、阻尼比等关键参数。
**1. 实验目的:**
1. 了解单自由度系统在自由振动状态下的相关概念,如周期、频率和振幅。
2. 学习单自由度系统在强迫振动下的行为,理解强迫振动与固有频率、阻尼比的关系。
3. 掌握通过自由衰减振动波形计算固有频率和阻尼比的方法。
4. 通过强迫振动的幅频特性曲线来确定系统的固有频率和阻尼比。
**2. 实验重点与难点:**
- 重点在于理解自由振动的波形特点,以及强迫振动的幅频特性曲线。
- 难点则包括振动实验台的简化,等效质量概念的理解,以及信号测试的方法,还有对共振分类(位移共振、速度共振和加速度共振)的把握。
**3. 实验方法:**
- **固有频率的测定:**常用方法有自由振动法(自由衰减振动法)和强迫振动法(共振法)。自由振动法通过敲击产生初始扰动,记录振动波形,从而计算固有频率。强迫振动法则通过调整激振频率,观察共振现象,找到峰值对应的频率。
- **自由振动法中的数学模型:**对于单自由度系统,有阻尼振动的周期大于无阻尼振动周期,固有频率可以通过自由振动的周期计算得到,振幅随时间呈几何级数衰减。
- **强迫振动法(共振法):**在简谐激励力作用下,系统作简谐强迫振动,绘制幅频特性曲线,峰值对应频率即为固有频率。速度共振测量到的是系统的无阻尼固有频率。
**4. 阻尼比的测定:**
- **自由衰减法:**通过测量自由振动的衰减曲线,计算相邻振幅的减幅系数,进而求得阻尼比。
- **带宽法(0.707法):**在幅频特性曲线上找到半功率点,利用这两个点的频率差来确定阻尼比。
通过这个实验,学生不仅能深入理解机械振动的理论知识,还能掌握实际操作技巧,为未来在工程领域解决振动问题打下坚实基础。