阻尼振动实验

《阻尼振动与受迫振动》实验报告

一、实验目的

1．观测阻尼振动，学习测量振动系统基本参数的方法；

2．研究受迫振动的幅频特性和相频特性，观察共振现象；

3．观测不同阻尼对受迫振动的影响。

二、实验原理

1．有粘滞阻尼的阻尼振动

弹簧和摆轮组成一振动系统，设摆轮转动惯量为J，粘滞阻尼的阻尼力矩大小

定义为角速度dθ

/dt与阻尼力矩系数γ

的乘积，弹簧劲度系数为k，弹簧的反抗

力矩为-kθ

。忽略弹簧的等效转动惯量，可得转角θ的运动方程为

2

20dd

Jk

dtdt





记ω

0为无阻尼时自由振动的固有角频率，其值为ω

0

=，定义阻尼系数k/J

β

=γ

/（2J），则上式可以化为：

2

220dd

k

dtdt





小阻尼即时，阻尼振动运动方程的解为22

00



（*）



22

0exp()cos

iittt



由上式可知，阻尼振动角频率为

，阻尼振动周期为22

0d



2

ddT



2．周期外力矩作用下受迫振动的解

在周期外力矩Mcosωt激励下的运动方程和方程的通解分别为

2

2cosdd

JkMt

dtdt











22

0expcoscos

iimtttt



这可以看作是状态（*）式的阻尼振动和频率同激励源频率的简谐振动的叠加。

一般t>>τ

后，就有稳态解



cos

mtt



稳态解的振幅和相位差分别为

2

2222

0/

4mMJ





22

02

arctan







其中，φ

的取值范围为（0，π

），反映摆轮振动总是滞后于激励源支座的振

动。

3．电机运动时的受迫振动运动方程和解

弹簧支座的偏转角的一阶近似式可以写成



cos

mtt



式中α

m是摇杆摆幅。由于弹簧的支座在运动，运动支座是激励源。弹簧总

转角为。于是在固定坐标系中摆轮转角θ

的运动方程为

cos

mtt



2

2cos0

mdd

Jkt

dtdt





也可以写成

2

2cos

阻尼震荡实验

在工程领域中，阻尼震荡实验是一个非常重要且常见的实验项目。阻尼器在各种结构中起到了关键作用，通过消耗能量来减少结构的振动幅度，保持结构的稳定性和安全性。阻尼震荡实验的目的是通过模拟真实的振动环境来评估阻尼器的效果，从而为工程设计提供指导。

阻尼器的实验可分为三个主要步骤：实验准备、实验进行和实验分析。

首先，实验准备是确保实验顺利进行的关键。在进行实验之前，需要选择适当的试验装置，如振动台或振动器件。这些装置通常由电机驱动，产生一定频率和振幅的振动，以模拟真实的振动环境。同时，需要选择适合的阻尼器样品进行测试。这些样品应具有代表性，能够反映不同结构的震动特性。

接下来，进入实验进行阶段。在此阶段，将振动台与被测结构的模型相连接，并配备适当数量和类型的阻尼器。然后，开启振动台，使其产生一定频率和振幅的振动，以模拟真实的载荷条件。通过观察和测量振动台和模型的振动幅度、频率等参数，可以评估阻尼器的性能。

最后，进行实验分析是评估实验结果的关键一步。通过收集实验数据，如时间序列数据或频率谱数据，并应用相关的分析方法，可以得出结论，并评估阻尼器的效果。常用的分析方法包括时域分析、频域分析和模态分析等。 除了上述的基本步骤外，阻尼震荡实验还可以进行进一步的深化研究。例如，可以通过改变振动条件（如频率、振幅等）或阻尼器参数（如刚度、阻尼比等），来研究它们对阻尼器性能的影响。此外，还可以比较不同类型或品牌的阻尼器，以评估它们的相对性能和适用范围。这些深化研究将为工程设计师提供更多的实用信息，以优化结构设计和选取适合的阻尼器。

阻尼震荡实验的意义不仅仅在于评估阻尼器的性能。它还为研究振动工程和结构动力学提供了一个重要的实验平台。通过进行大量的实验和分析，可以揭示结构受力、振动特性和结构耐久性等方面的规律，为相关的理论和工程实践提供基础。

总之，阻尼震荡实验是工程领域中一项重要的实验项目。通过模拟真实的振动环境，评估阻尼器的性能，它为工程设计和研究提供了有力支持。通过深化研究和优化实验方案，我们可以不断提高阻尼器的性能和应用范围，为工程实践提供更可靠的保障。

1 / 3 大学物理实验预习报告

姓名 实验班号 实验号

实验四 阻尼振动与受迫振动

实验目的：

实验原理及仪器介绍：

1. 阻尼振动中振动系统的合外力由哪些力组成？各有什么样的变化规律？大小取决于什么因素？

2. 阻尼不变，阻尼振动的振动周期是否恒定？且周期与忽略阻尼的理想简谐振动是否相同？有什么样的关系？

3. 阻尼不变，阻尼振动的振幅如何衰减？与阻尼系数具有什么样的关系？

4. 受迫振动中振动系统的合外力由哪些力组成？各有什么样的变化规律？大小取决于什么因素？

5. 策动力不变，受迫振动（稳态）的振动周期是否恒定？

2 / 3 6. 策动力振幅初相不变的情况下，改变策动力的振动频率，受迫振动（稳态）的振幅是否变化？会有什么现象发生？若策动力不变，改变阻尼，是否也有类似的变化呢？

7. 策动力振幅初相不变的情况下，改变策动力的振动频率，受迫振动（稳态）与策动力之间的相位差是否变化？若策动力不变，改变阻尼，是否也有类似的变化呢？

8. 本实验中振动系统本身的线性回复力是如何实现的？

实验内容：

1. 本实验中振动系统所受的阻力是怎样实现的？如何调节？

2. 在阻尼系数β的测量中直接测量的量有哪些？与阻尼系数存在什么样的关系？

3. 本实验中振动系统所受的策动力是怎样实现的？如何调节？

4. 改变受迫振动中电机的电压，改变了策动力的什么参量？此参量与振子振动的幅度和频率有什么样的关系？

3 / 3 数据表格：

1. 记录所用测量仪器的仪器误差：

2. 列出数据记录表格：

教师签字：

月 日

阻尼减振实验报告

一、实验目的

本次实验旨在通过阻尼减振实验，掌握阻尼减振的基本原理和方法，了解不同材料和结构的阻尼器对振动的影响，为工程设计提供理论依据。

二、实验原理

1. 阻尼减振的基本原理

阻尼是指在弹性系统中，由于介质或结构自身内部存在一定摩擦力而产生的能量损耗。当弹性系统受到外界作用力时，会产生振动。若在系统中引入一种具有耗散能力的元件（即阻尼器），则可以将系统的振动能量转化为热能等其他形式的能量而消耗掉，从而达到减小振幅和延长振动周期的目的。

2. 阻尼器分类及其特点

（1）粘滞阻尼器：利用黏性流体或粘性材料来消耗机械能。

（2）干摩擦阻尼器：利用干摩擦来消耗机械能。

（3）液压阻尼器：利用流体黏滞度使机械能转化为热能。

（4）涡流阻尼器：利用涡流的能量损耗来消耗机械能。

（5）气体阻尼器：利用气体的黏滞性消耗机械能。

3. 实验装置

实验装置主要由振动台、试件、阻尼器以及传感器等组成。其中，振动台为试件提供振动力，传感器用于测量试件的振动响应，阻尼器则通过将试件与振动台之间引入一定的耗散元件来减小试件的振幅和延长其振动周期。

三、实验步骤

1. 将试件与阻尼器固定在振动台上，并将传感器安装在试件上。

2. 调整振动台频率为所需频率，并调节幅值为适当大小。

3. 记录下未加入阻尼器时的试件振幅和周期，并记录下传感器输出信号。

4. 依次加入不同类型和数量的阻尼器，并记录下每次加入后试件的振幅和周期以及传感器输出信号。

5. 分析不同类型和数量的阻尼器对试件振幅和周期的影响。

四、实验结果分析

1. 不同类型阻尼器对试件的影响

（1）粘滞阻尼器：由于黏性流体或材料的存在，粘滞阻尼器可以有效地减小试件振幅，并延长其振动周期。

（2）干摩擦阻尼器：干摩擦阻尼器的减振效果较差，但其对试件的影响较为稳定。

（3）液压阻尼器：液压阻尼器可以通过调节流体黏滞度来实现不同程度的减振效果，且具有较高的可调性。 （4）涡流阻尼器：涡流阻尼器可以在不损失机械能的情况下消耗掉试件的振动能量，但其减振效果较差。