APS审核复习资料机械振动

1、组成振动系统的三个基本元件：质量、弹簧、阻尼。

振动现象（简谐运动）三要素：振幅、频率、初相位。

其中强调频率为0并不代表振动函数为0，只是表示其未振动，没有振荡特性，图线是一根直线而已。

(P9)2、振动问题分类：已知系统模型、外载荷、求系统响应，称为响应计算或正问题;已知外载荷响应，求系统特性，称为系统识别或参数识别，也称为第一类逆问题；已知系统特性响应求载荷称为载荷识别，也称为第二类逆问题。

（P3-P4）3、单（多）自由度线性振动系统运动方程由二阶常系数微分方程（组）表示，且自由振动问题由齐次方程表示，受迫振动问题的运动方程为非齐次方程。

（P8）4、弹簧刚度系数的物理意义：使弹簧产生单位位移所需要施加的力。

在振动系统中通常假定弹簧质量为0；线性振动（微幅振动）的范围内，通常认为弹簧总在线性变形的范围内；两弹簧串联后等效弹簧刚度如何计算？并联？（P12）对于角振动系统，弹簧为扭转弹簧，其刚度系数的物理意义是：使弹簧产生单位角位移所需要施加的力矩。

（P14）5、粘性阻尼系数的特点：阻尼器产生的阻尼力与阻尼器两端的相对速度成正比。

（P32-34)6、什么是二阶线性常系数齐次微分方程的通解？非齐次微分方程的通解是对应齐次方程的通解加上非齐次方程的一个特解。

（P20）7、求解无阻尼单自由度系统的自由振动响应，就是确定求系统在给定的初始位移、初始速度下，系统运动方程的一个特解和通解的系数。

8、无阻尼单自由度系统的固有频率，仅取决于系统的刚度、质量，而与系统初始条件、所受外激励无关，是系统的固有属性。

系统的质量越小，刚度越大，固有频率越高。

要求掌握弧度制单位和频率之间的换算关系。

（P10）9、简谐运动的位移、速度、加速度间的关系，速度位移间的相位差为90度，加速度和位移之间的相位差为180度。

其物理意义？（P10）10、两频率不同的简谐振动合成，若两频率比为有理数（可通约）时，合成振动为周期振动；若为无理数，合成振动为非周期振动。

机械振动复习提纲单自由度系统的自由振动振动系统力学模型三要素：质量、弹性、阻尼 无阻尼自由振动： 固有频率 m k n =ω能量法0)(=+U T dtd等效刚度与等效质量 等效刚度的计算： 根据力和位移之间的关系 等效质量的计算： 根据动能相等来确定阻尼自由振动： 临界阻尼系数 km m c n c 22==ω阻尼比kmc m c c c n c 22===ωζ 对初始条件的响应： ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++=−t x xt x e x d d n d t n ωωζωωζωsin cos 000& 阻尼自由振动频率n d ωζω21−=阻尼自由振动准周期221122ζζωπωπ−=−==T T n dd阻尼自由振动的衰减dn d n n T d d T t d t d e T t Xe t Xe T t x t x ζωζωζωϕωϕω=+++=++−−)])(cos[)cos()()()( 对数衰减率πζζπζζωδ212)()(ln2≈−==+=d n d T T t x t x()ln2()n d d x t n n T n x t nT δζωπζ===≈+库仑阻尼（干摩擦）作用下的自由振动：(1) 准周期n f ωπτ/2=；(2) 一个准周期振幅衰减4|F f |/k ；(3) X < |F f |/k ，振动停止。

单自由度系统的谐激励强迫振动基本理论：(1) 运动方程t F kx x c x m ωsin =++&&& (2) 响应ωωic m k FX +−=2 )sin()2()1(1)(222ϕωζ−+−=t r r kF t x p , 2112tan rr−=−ζϕ (3) 频率响应曲线及其特性(4) 共振特性：半功率点、带宽、Q 值 频率响应函数、机械阻抗、导纳粘性阻尼、结构阻尼、库仑阻尼、等效粘性阻尼系数应用： 旋转失衡t me kx x c xM ωωsin 2=++&&& 转子旋曲与临界转速基础激励与隔振 (1) 绝对运动ky y c kx x c xm +=++&&&& 位移传递率、力的传递率222222222)2()1()2(1)()()(r r r c m k c k FF Y XT ζζωωω+−+=+−+==2231)2(12tan r r r ζζϕ+−=− 隔振：2>r ，阻尼对隔振的影响(2) 相对运动t i Ye m ym kz z c z m ωω2=−=++&&&&& 2222)2()1(r r r YZ ζ+−=，2112tan rr−=−ζϕ 位移传感器n ωω>>，r >> 1, Z ≈ Y加速度传感器n ωω<<时，r << 1, Y Y Z nn &&2221ωωω==单自由度系统的瞬态振动系统的响应 = 0输入响应 + 0状态响应阶跃激励的响应，斜坡激励响应，脉冲激励下的响应 任意激励下的响应（杜哈美积分）∫−+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++=−t d n d t da a t h a F x xt x e x n 0000)()(cos ωζωωζω& )(sin 1)()(a t e m a t h d a t dn −=−−−ωωζω 多自由度系统运动方程的建立：牛顿运动定律、刚度矩阵、柔度矩阵、拉格朗日方程、视察法（链式结构）固有频率与振型（两自由度）： 求固有频率： 02=−M K ω求振型向量：)(2M K i adj ω−两自由度系统的自由振动、强迫振动、频率响应特性、动力吸振器振型向量的正交性、运动方程的解耦、模态分析法求各种响应、阻尼的处理近似方法求基频：瑞利法、邓克列公式。

机械振动和机械波知识点机械振动是指机械元件以持续重复性的曲线运动，表现出来的频率抖动的特性。

它是在物理系统中常见的一种现象，影响着领域的广泛应用，包括航空航天、造船、电力机械、机床类、起重机类和固体机械的设计、制造、检测以及采集运算。

机械振动的根本原因是物体在它的实际运动轨迹上，永远不能趋向于一个实际的稳定位置，会随时间不断出现抖动，这种抖动被称为振动。

主要有拉格朗日振子、摆式振子以及体系结构振动三种，拉格朗日振子是振动中最简单的类型，它是振子或质点运动而产生的一种振动，大多数机械设备都可以用拉格朗日振子来模拟。

摆式振子是指重心以一定角速度旋转的摆，其运动属于复杂的轨迹运动，运动方程除了位置的坐标，还包括角度和角速度，通常是一组非线性方程。

体系结构振动主要是指机械系统的固有振动，其中包括桥梁、建筑物等大结构物的振动，也属于物体的复杂振动，其运动方程也非常复杂。

机械波是指一种伴随机械振动而传播的能量传输过程，包括声波和固体波。

声波是指空气中的气体经过机械振动传递而产生的振动能量的传播过程，它主要传播于气体介质中，具有高频的音色特点。

固体波是指在固体介质中传播的波，它的传播能量受到两种影响，一是静止介质中普遍存在的弹性力，另一种是介质中易变性的变形结构，产生涡流态的熔状地层结构，可以传递机械能量，其速度受到固体介质性质的影响。

机械振动是一种重要的物理现象，它影响着机械设备的运行、检测以及机械波的传播，因此了解其基础原理和影响因素非常重要。

通过机械系统的动力学和弹性分析，可以计算出机械系统的动态响应，并对振动运动进行处理，如进行振动分析、模拟和消除，以处理和控制机械振动现象。

此外，通过机械系统的运动分析，可以研究固体波的传播，提高机械设备的频率抖动性能，从而使机械设备运行更加稳定。

从上述内容可以看出，机械振动和机械波是建模实验室中最重要的知识点之一，而熟悉它们的基础原理和影响因素，为工程实践提供了重要理论指导。

机械振动全章复习资料一、简谐运动的基本概念1.定义物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动，叫简谐运动。

表达式为：F回= -kx（判断一个振动是否是简谐运动的方法）⑴振动的位移必须是指偏离平衡位置的位移（实质与位置对应）。

也就是说，在研究简谐运动时所说的位移的起点都必须在平衡位置处。

简谐运动的位移随时间变化的规律是正弦函数（判断一个振动是否是简谐运动的方法）。

⑵回复力是一种效果力。

是振动物体在沿振动方向上所受的合力。

⑶“平衡位置”不等于“平衡状态”。

平衡位置是指回复力为零的位置，物体在该位置所受的合外力不一定为零。

（如单摆摆到最低点时，沿振动方向的合力为零，但在指向悬点方向上的合力却不等于零，所以并不处于平衡状态）⑷F=-kx是判断一个振动是不是简谐运动的充分必要条件。

凡是简谐运动沿振动方向的合力必须满足该条件；反之，只要沿振动方向的合力满足该条件，那么该振动一定是简谐运动。

例1.简谐运动的判断方法。

两根质量均可不计的弹簧，劲度系数分别为K1、K2，它们与一个质量为m的小球组成的弹簧振子，如图1所示。

试证明弹簧振子做的运动是简谐运动。

证明：以平衡位置O为原点建立坐标轴，当振子离开平衡位置O时，因两弹簧发生形变而使振子受到指向平衡位置的合力。

设振子沿X正方向发生位移x，则物体受到的合力为F=F1+F2=-k1x-k2x=-(k1+k2)x=-kx.所以，弹簧振子做的运动是简谐运动。

要判定一个物体的运动是简谐运动，首先要判定这个物体的运动是机械振动，即看这个物体是不是做的往复运动；看这个物体在运动过程中有没有平衡位置；看当物体离开平衡位置时，会不会受到指向平衡位置的回复力作用，物体在运动中受到的阻力是不是足够小。

然后再找出平衡位置并以平衡位置为原点建立坐标系，再让物体沿着x轴的正方向偏离平衡位置，求出物体所受回复力的大小，若回复力为F=-kx,则该物体的运动是简谐运动。