機械振動(川大聶婭老師物理)課件

機械振動課件contents目錄機械振動的基本概念機械振動的數(shù)學(xué)模型機械振動的分析方法機械振動的應(yīng)用機械振動的控制機械振動實驗與測量01機械振動的基本概念機械振動是指物體在一定位置附近所做的往復(fù)運動。機械振動通?？梢杂谜穹㈩l率、相位等參數(shù)來描述。機械振動可以由外部激勵或內(nèi)部因素引起，如力、熱、電磁場等。機械振動定義微幅振動、大幅振動。按振動幅度分類低頻振動、高頻振動。按振動頻率分類一維振動、二維振動、三維振動。按振動方向分類自由振動、受迫振動、共振。按振動原因分類機械振動的分類振幅和相位都保持不變的周期性振動，是最簡單的機械振動。簡諧振動以恒定的周期重復(fù)的振動，其振幅和相位隨時間按正弦或余弦規(guī)律變化。周期振動簡諧振動與周期振動02機械振動的數(shù)學(xué)模型根據(jù)牛頓第二定律，物體的加速度與作用力成正比，與物體的質(zhì)量成反比。通過設(shè)定物體質(zhì)量為m和作用力為F，可以建立物體運動的微分方程。牛頓第二定律當(dāng)物體受到彈性力的作用時，彈性力與物體的位移成正比，方向與位移方向相反。將彈性力作為作用力的一部分，可以建立物體振動的微分方程。彈性力阻尼力與物體的速度成正比，方向與速度方向相反。將阻尼力作為作用力的一部分，可以建立物體振動的微分方程。阻尼力微分方程的建立在求解微分方程時，需要給出物體的初始位置、速度和加速度等初始條件。這些初始條件決定了物體振動過程的初態(tài)。初始條件對于線性微分方程，其解可以分為通解和特解兩部分。通解表示所有可能的振動形式，而特解表示滿足特定初始條件的振動形式。通解與特解疊加原理是線性微分方程的重要性質(zhì)，表示多個不同頻率的簡諧振動可以疊加成一個復(fù)雜的振動形式。疊加原理線性微分方程的解固有頻率01固有頻率是物體振動的固有屬性，表示物體在無外力作用下的振動頻率。通過求解物體的微分方程，可以得到物體的固有頻率。阻尼比02阻尼比是描述物體阻尼程度的參數(shù)，表示物體在振動過程中能量損失的快慢。阻尼比的大小會影響物體振動的幅度和周期。阻尼振動03阻尼振動表示物體在振動過程中不斷損失能量，振幅隨時間減小，最終趨向于靜止?fàn)顟B(tài)。通過求解阻尼振動的微分方程，可以得到物體振動的衰減規(guī)律。固有頻率與阻尼03機械振動的分析方法能量法是一種基于能量平衡的機械振動分析方法，通過計算系統(tǒng)在不同振動狀態(tài)下的能量變化來評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性。能量法適用于分析線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，尤其在處理多自由度系統(tǒng)時具有優(yōu)勢。能量法可以通過建立能量平衡方程來求解系統(tǒng)的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型等參數(shù)。能量法123傳遞函數(shù)法是一種基于復(fù)平面分析的機械振動分析方法，通過分析系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來評估系統(tǒng)的動態(tài)特性。傳遞函數(shù)法主要應(yīng)用于線性時不變系統(tǒng)，通過建立系統(tǒng)的微分方程來求解其傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)法的優(yōu)點在于能夠方便地分析系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和穩(wěn)定性，同時可以用于設(shè)計控制系統(tǒng)的反饋控制器。傳遞函數(shù)法模態(tài)分析法是一種基于模態(tài)理論的機械振動分析方法，通過將復(fù)雜的振動系統(tǒng)分解為若干個模態(tài)子系統(tǒng)來簡化分析過程。模態(tài)分析法的優(yōu)點在于能夠方便地分析系統(tǒng)的動態(tài)特性和模態(tài)耦合，同時可以用于優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和振動控制。模態(tài)分析法首先需要對系統(tǒng)進行模態(tài)假設(shè)，然后通過求解系統(tǒng)的特征值和特征向量來確定系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。模態(tài)分析法04機械振動的應(yīng)用振動隔離通過將振動源與周圍結(jié)構(gòu)隔離，減少對周圍環(huán)境的振動影響。常用的隔離技術(shù)包括使用彈性材料、阻尼材料和隔振器等。減震通過減小振動幅度或頻率，降低結(jié)構(gòu)受到的振動損傷。減震技術(shù)包括被動減震和主動減震，被動減震主要依靠阻尼材料或隔振器，主動減震則需要使用傳感器和控制算法來實時調(diào)整減震裝置的狀態(tài)。振動隔離與減震利用振動產(chǎn)生的動力，使物料在輸送帶上移動。這種技術(shù)廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、化工等領(lǐng)域，能夠高效地完成物料的連續(xù)輸送。利用振動使不同粒度的物料分離。篩分設(shè)備通常由篩網(wǎng)、激振器和減震裝置組成，能夠根據(jù)物料的不同粒度需求進行篩選。振動輸送與篩分篩分振動輸送振動成型利用振動能量使材料在模具內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，從而形成所需的形狀。振動成型技術(shù)能夠減少成型時間，提高成型精度和產(chǎn)品質(zhì)量。振動破碎利用振動產(chǎn)生的沖擊力使大塊物料破碎成小塊。振動破碎設(shè)備通常由破碎腔、激振器和減震裝置組成，能夠高效地完成大塊物料的破碎任務(wù)。振動成型與破碎05機械振動的控制該技術(shù)需要使用傳感器監(jiān)測原始振動，并使用控制器計算需要施加的反向振動。主動控制技術(shù)具有較好的實時性和控制精度，但需要消耗較大的能量和成本較高。主動控制技術(shù)是通過向系統(tǒng)提供反向振動來抵消原始振動，從而達到控制振動目的的方法。主動控制技術(shù)03被動控制技術(shù)具有成本較低、易于實現(xiàn)等優(yōu)點，但減振效果可能不如主動控制技術(shù)。01被動控制技術(shù)是通過改變系統(tǒng)的振動特性來減小振動的傳遞和影響的方法。02該技術(shù)通常使用阻尼材料或結(jié)構(gòu)來吸收或減小振動能量，以達到減振的目的。被動控制技術(shù)0102混合控制技術(shù)該技術(shù)可以結(jié)合兩種技術(shù)的優(yōu)點，提高減振效果和穩(wěn)定性，但需要解決兩種技術(shù)的協(xié)調(diào)和控制問題?；旌峡刂萍夹g(shù)是將主動和被動控制技術(shù)結(jié)合使用，以實現(xiàn)更好的減振效果的方法。06機械振動實驗與測量振動信號的采集使用傳感器將振動轉(zhuǎn)換為電信號，以便進行后續(xù)處理和分析。振動信號的傳輸通過電纜或無線方式將傳感器采集的信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器或分析儀。振動信號的調(diào)理對采集的信號進行放大、濾波等處理，以改善信號質(zhì)量，便于分析。振動信號的測量明確實驗的目標(biāo)和研究問題，為實驗設(shè)計和實施提供指導(dǎo)。實驗?zāi)康拇_定實驗設(shè)備選擇實驗操作流程根據(jù)實驗需求選擇合適的振動源、傳感器、數(shù)據(jù)采集器等設(shè)備。制定詳細的實驗操作步驟，確保實驗過程順利進行。030201振動實驗的設(shè)計與實施數(shù)據(jù)預(yù)處理對原始數(shù)據(jù)進行