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机械振动学课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解机械振动的定义、分类及其在生活中的应用；2. 掌握简谐运动的基本概念、数学描述和物理特性；3. 学会运用振动公式计算位移、速度、加速度，并能解决实际问题；4. 了解阻尼振动、受迫振动及共振现象的基本原理。
技能目标：1. 能够运用物理知识分析并解决机械振动问题；2. 能够运用数学工具描述简谐运动，绘制位移-时间图、速度-时间图；3. 能够运用实验方法研究机械振动现象，操作相关实验设备；4. 能够通过团队合作，进行振动现象的观察、分析与讨论。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理科学的兴趣，激发探索机械振动现象的欲望；2. 培养学生严谨的科学态度，注重理论与实际相结合；3. 培养学生的团队协作能力，学会倾听、交流、合作；4. 培养学生关注振动技术在现代科技及生活中的应用，提高社会责任感。
课程性质：本课程为高中物理课程，以理论教学为主，结合实验操作，旨在帮助学生深入理解机械振动学的基本概念和原理。
学生特点：高中学生具有较强的逻辑思维能力和数学基础，但对物理概念的理解和运用尚需引导和培养。
教学要求：注重理论联系实际，采用启发式教学，引导学生主动探索、积极思考，提高学生的动手能力和问题解决能力。
通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，并为后续相关课程打下坚实基础。
二、教学内容1. 引言：机械振动的基本概念、分类及其在实际应用中的重要性。
2. 简谐运动：- 定义、特点及数学描述；- 位移-时间图、速度-时间图的绘制与分析；- 弹簧振子、单摆等典型简谐运动实例的讨论。
3. 振动公式：- 振动的位移、速度、加速度公式推导；- 振动周期、频率、振幅的概念及其计算方法。
4. 实际振动问题：- 阻尼振动及其影响；- 受迫振动及共振现象的原理与应用；- 振动能量、振动传递的分析。
5. 实验研究：- 简谐运动的实验观察与数据分析；- 阻尼振动、受迫振动的实验操作与现象分析；- 共振实验及其在工程中的应用讨论。
机械振动实验报告一、实验目的本次机械振动实验旨在深入了解机械振动的基本特性和规律，通过实验测量和数据分析，掌握振动系统的频率、振幅、相位等重要参数的测量方法，探究振动系统在不同条件下的响应，为工程实际中的振动问题提供理论基础和实验依据。
二、实验原理机械振动是指物体在平衡位置附近做往复运动。
在本次实验中，我们主要研究简谐振动，其运动方程可以表示为：＄x ＝ A\sin(＼omega t ＋＼varphi)＄，其中$A$为振幅，＄＼omega$为角频率，＄t$为时间，＄＼varphi$为初相位。
对于一个弹簧振子系统，其振动周期$T$与振子的质量$m$和弹簧的劲度系数$k$有关，满足公式$T ＝ 2\pi\sqrt{＼frac{m}｛k}｝＄。
通过测量振动系统的位移随时间的变化，可以得到振动的频率、振幅和相位等参数。
三、实验设备1、振动实验台2、弹簧3、质量块4、位移传感器5、数据采集系统6、计算机四、实验步骤1、安装实验设备将弹簧一端固定在振动实验台上，另一端连接质量块。
将位移传感器安装在合适位置，使其能够准确测量质量块的位移。
2、测量弹簧的劲度系数使用砝码和天平，对弹簧施加不同的力，测量弹簧的伸长量，通过胡克定律$F ＝ kx$计算弹簧的劲度系数$k$。
3、调整实验系统确保质量块在振动过程中运动平稳，无卡顿和摩擦。
4、进行实验测量启动振动实验台，使质量块做简谐振动。
通过数据采集系统采集位移随时间的变化数据。
5、改变实验条件分别改变质量块的质量和弹簧的劲度系数，重复实验步骤 4，测量不同条件下的振动参数。
6、数据处理与分析将采集到的数据导入计算机，使用相关软件进行处理和分析，得到振动的频率、振幅和相位等参数。
五、实验数据与分析1、原始数据记录以下是在不同实验条件下测量得到的质量块位移随时间的变化数据：｜实验条件|质量（kg）｜弹簧劲度系数（N/m）｜时间（s）｜位移（m）｜｜｜｜｜｜｜｜实验 1|1|100|01|001|｜实验 1|1|100|02|002|｜｜｜｜｜｜2、数据处理通过对原始数据进行拟合和分析，得到振动的频率、振幅和相位等参数。
机械振动实验报告1. 实验目的本实验旨在通过对机械振动的实验研究，掌握机械振动的基本原理和特性，深入了解振动系统的参数对振动现象的影响。
2. 实验原理（1）简谐振动：当物体在受到外力作用下，沿着某一方向做来回运动时，称为简谐振动。
其数学表达式为x(t) = A*sin(ωt + φ)，其中A 为振幅，ω为角频率，φ为初相位。
（2）受迫振动：在外力的作用下振动的振幅不断受到调节，导致振幅和相位角与外力作用间存在一定的关联关系。
（3）自由振动：在无外力作用下，振动系统的振幅呈指数幅度减小的振动现象。
3. 实验内容（1）测量弹簧振子的简谐振动周期并绘制振幅-周期曲线。
（2）通过改变绳长和质量对受迫振动的谐振频率进行测量。
（3）观察受外力激励时的自由振动现象。
4. 实验数据与结果（1）弹簧振子简谐振动周期测量结果如下：振幅（cm）周期（s）0.5 0.81.0 1.21.5 1.62.0 1.9（2）受迫振动的谐振频率测量结果如下：绳长（m）质量（kg）谐振频率（Hz）0.5 0.1 2.50.6 0.2 2.00.7 0.3 1.80.8 0.4 1.5（3）外力激励下的自由振动现象结果呈现出振幅逐渐减小的趋势。
5. 实验分析通过实验数据处理和结果分析，可以得出以下结论：（1）弹簧振子的振动周期与振幅呈线性关系，在一定范围内，振幅增大，周期相应增多。
（2）受迫振动的谐振频率随绳长和质量的增加而减小，表明振动系统的参数对谐振频率有一定的影响。
（3）外力激励下的自由振动现象符合指数幅度减小的规律，振幅随时间的增长呈现递减趋势。
6. 实验总结本实验通过测量和观察机械振动的不同现象，探究了振动系统的基本原理和特性。
实验结果表明振动系统的参数对振动现象产生了明显的影响，为进一步深入研究振动学提供了基础。
通过本次实验，我对机械振动的原理和特性有了更深入的了解，对实验数据处理和分析方法也有了更加熟练的掌握。
希望通过不断的实验学习，能够进一步提升自己对振动学理论的理解水平，为未来的科研工作打下坚实基础。
福州大学土木工程学院本科实验教学中心学生实验指导书工程结构振动测试实验指导书工程结构实验中心桥梁模型实验室编2007年7月21日目录实验项目1：结构动力特性实验（必修）实验项目2：地震模拟振动台实验（选修）实验项目3：桥梁结构动载实验（选修）前言工程结构振动测试是土木工程专业的一门工程技术科学。
做为一门课程其任务是通过介绍工程结构振动的基本测试技术和试验方法，使学生获得专业所必需的试验基本技能，具备解决一般结构动力问题的解决，并对学生进行科学研究试验能力的培养，是土木工程专业高级技术人材所必需的基本训练的一部分。
学科的特点是理论面广，住处量大，实践性强。
因此，除了课堂试验理论教学之外，试验课是重要教学五一节之一。
通过实验，能更好地掌握试验理论和方法，巩固和充实课堂教学效果，培养试验技能，为将来在实际工作中进行科学研究和结构检验打下基础。
为了达到预期目的，试验课必须注意以下几方面问题：一、试验前认真预习指导书和课本有关内容，同时应复习其它已学有关课程的有关章节，充分了解各个试验的目的要求、试验原理、方法和步骤，并进行一些必要的理论计算。
一些控制值的计算工作，试验前必须做好。
二、较大的小组试验，应选出一名小组长，负责组织和指挥整个试验过程，直至全组试验报告都上交后卸任，小组各成员必须服从小组长和指导教师的指挥，要明确分工，直辖市工作，不得撤离各自的岗位。
三、试验开始前，必须仔细检查试件和各种仪器仪表是否安装稳妥，荷载是否为零，安全措施是否有效，各项准备工作是否完成，准备工作完成，要经指导教师检查通过后，试验才能开始。
四、试验时应严肃认真，密切注意观察试验现象，及时加以分析和记录，要以严谨的科学态度对待试验的每一步骤和每一个数据。
五、严格遵守实验室的规章制度，非试验中仪器设备不要乱动；试验用仪器、仪表、设备，要严格按规程进行操作，遇有总是及时向指导教师报告。
六、试验中要小心谨慎，不要碰撞仪器、仪表、试件和仪表架等。
课程名称：机械振动授课班级：机械工程系XX级XX班授课教师：[教师姓名]授课时间：[具体日期] 第[节次]节教学目标：1. 理解机械振动的概念、类型和基本特性。
2. 掌握单自由度系统的自由振动、受迫振动和自激振动的基本理论。
3. 熟悉多自由度系统的振动特性。
4. 能够运用所学知识分析和解决简单的机械振动问题。
教学内容：一、机械振动的概念及分类1. 振动的定义和分类2. 机械振动的特点3. 振动系统在工程中的应用二、单自由度系统的振动1. 自由振动a. 无阻尼自由振动b. 阻尼自由振动2. 受迫振动a. 周期性受迫振动b. 非周期性受迫振动3. 自激振动a. 自激振动的产生条件b. 自激振动的分类三、多自由度系统的振动1. 多自由度系统的振动类型2. 多自由度系统的自由振动3. 多自由度系统的受迫振动教学过程：一、导入1. 介绍机械振动的概念及其在工程中的应用。
2. 强调学习机械振动知识的重要性。
二、讲解1. 机械振动的概念及分类2. 单自由度系统的振动a. 自由振动b. 受迫振动c. 自激振动3. 多自由度系统的振动三、案例分析1. 介绍几个典型的机械振动案例，如弹簧振子、单摆等。
2. 分析案例中系统的振动特性，讲解振动方程的求解方法。
四、课堂练习1. 学生根据所学知识，分析并解决以下问题：a. 一无阻尼弹簧振子的振动周期是多少？b. 一阻尼弹簧振子在阻尼比ε=0.1时的振动衰减规律如何？2. 学生分组讨论，总结多自由度系统的振动特性。
五、总结1. 回顾本节课所学的知识点。
2. 强调机械振动在工程中的应用。
3. 提出课后作业，要求学生巩固所学知识。
教学评价：1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的提问、讨论和练习情况。
2. 课后作业完成情况：检查学生的课后作业，了解学生对知识的掌握程度。
3. 期末考试：通过考试评估学生对机械振动知识的综合运用能力。
备注：1. 教师应根据学生的实际情况调整教学内容和进度。
机械振动实验报告机械振动实验报告引言：机械振动是物体围绕平衡位置做周期性的往复运动。
振动现象广泛存在于自然界和人类生活中，对于了解物体的动态特性和掌握工程实践中的振动控制具有重要意义。
本实验旨在通过对机械振动的实验研究，探究振动的基本特性和影响因素。
一、实验目的本实验的主要目的是：1. 了解机械振动的基本概念和特性；2. 掌握振动系统的参数测量和分析方法；3. 研究振动系统的自由振动和受迫振动。
二、实验装置和原理本实验使用了一台简单的机械振动装置，该装置由弹簧、质量块和振动台组成。
通过改变质量块的位置和振动台的振幅，可以调节振动系统的参数。
实验原理基于振动的力学模型，包括弹簧的胡克定律、质量块的运动方程和振动台的驱动力。
三、实验步骤和结果1. 自由振动实验首先，将质量块固定在振动台上，并将振动台拉到一侧，使其产生初位移。
然后，释放振动台，观察振动的周期、频率和振幅。
通过实验测量和计算，得到自由振动的周期和频率随振幅的变化关系。
2. 受迫振动实验在受迫振动实验中，我们通过改变振动台的驱动频率来激励振动系统。
首先，将振动台连接到一个电动机，调节电动机的转速，改变驱动频率。
然后，测量振动台的振幅和相位差，以及电动机的转速和驱动频率之间的关系。
3. 参数测量和分析在实验过程中，我们还测量了弹簧的劲度系数、质量块的质量和振动台的质量。
通过这些参数的测量和分析，我们可以计算出振动系统的固有频率、阻尼比和共振频率。
四、实验结果分析根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 自由振动的周期和频率与振幅呈正相关关系，即振幅越大，周期和频率越大。
2. 受迫振动的振幅和相位差与驱动频率之间存在一定的关系，即在共振频率附近，振幅最大，相位差为零。
3. 振动系统的固有频率、阻尼比和共振频率与系统参数有关，可以通过参数测量和分析得到。
五、实验结论通过本次机械振动实验，我们深入了解了振动的基本概念和特性。
实验结果表明，振动的周期、频率、振幅和相位差与系统参数和外界驱动力密切相关。
实验一 建筑结构振动实验 一、实验目的 1、通过测试结构在不同频率激励下振动的过程，掌握激振与响应的基本知识。 2、了解和掌握振动测量仪器的标定和使用。 3、掌握结构共振的概念，以及结构固有频率和阻尼的测试方法。
二、实验装置 本实验采用YE6252实验系统，如图。该装置由测试仪器、实验台、激振器和传感器
等组成。 1、 测试仪器，包括：
实验装置简图 1、功率放大器 2、信号发生器 3、力测量仪 4、位移测量仪 5、应变放大器 6、非接触式激振器 7、力传感器 8、建筑结构 9、应变测点 10、涡流失位移传感器 YE6252Y1功率放大器，通过调节功率放大器的电流改变激振的功率，输出电流范围0—1A，连续可调。 YE6252Y2扫频信号发生器，激振频率变化范围5Hz—100Hz，连续量程。 YE6252Y3力测量仪，配接应变式力传感器。 YE6252Y4位移测量仪，配接涡流式位移传感器。 YE6252Y5应变测量仪，配接应变式传感器。 2、实验台 包括建筑（楼房）模型，激励及测量装置。 3、激振器和传感器 包括 YE1501非接触式激振器 CWY-DO-504电涡流式位移传感器 CL-YB-3/100K力传感器 六个可自由组桥的应变测点。
三、实验原理 系统在外力的激励下产生受迫振动，受迫振动的振幅取决于系统本身的物理性质和激振力的幅值与频率。若激振力的幅值一定，则受迫振幅的大小与激振力的频率有关，当激振力的频率f与系统的结构固有频率nf相同时，结构的振幅将达到极大值，这就是结构共振。 通过改变激振器的力值（由变化功率放大器电流实现）和频率（由变化扫频信号发生器频率实现），对建筑结构模型产生不同频率和力值的激励，结构则产生不同振幅的振动，通过测试结构在不同频率下的响应，绘出结构的受迫振动幅频曲线图。 由于阻尼的存在，共振时系统的振幅有一定的限度。系统的阻尼大，则共振时的振幅小；系统的阻尼小，则共振时的振幅大。阻尼比可用系统受迫振动幅频曲线来确定。即按下式
计算（这种测定阻尼比的方法称为半功率法）： 1221fffn
式中， nf— 结构的固有频率 2f— 固有频率后振幅为最大振幅707.0倍点处的频率。
1f— 固有频率前振幅为最大振幅707.0倍点处的频率。
因此，根据结构的受迫振动幅频曲线图，可得到结构的固有频率和阻尼等重要动态参数。
四、实验步骤 1、 熟悉实验用设备和仪器。 2、 传感器的标定
受迫振动频谱图 确定激振力、振动位移和结构应变之间的对应关系 整理出激振力、振动位移和应变的标定数据表。 3、 激振实验，绘出结构的受迫振动幅频曲线图。确定结构的固有频率nf和阻尼。 ⑴在一定的力值下，由5Hz开始，逐渐变化扫频信号发生器的频率，记录不同频率下结构的振幅，观察分析结构振幅随激振频率变化的情况。可观察到，随着激振频率的升高，结构的振幅也越来越高，当激振频率达到结构固有频率时，振幅出现一个峰值。当激振频率超过结构固有频率后继续升高激振频率，振幅又逐渐降低。 ⑵改变功率放大器的电流，在新的力值下，重复过程⑴，并记录结构在不同激振频率下的振幅。 ⑶整理结构在不同频率下的振幅，根据数据画出结构的幅频曲线图。并确定该建筑结构的固有频率（既最大振幅所对应的频率）。 ⑷ 用半功率法估算出该结构的阻尼。 五、实验报告 实验报告包括以下内容： 1、实验目的 2、实验原理 3、实验装置，画出实验装置示意简图 4、简述实验过程 5、标定数据表 6、幅频曲线图 7、结论，结构的固有频率和阻尼。 实验二 转子的动平衡实验 一、实验目的 1、观察转子的不平衡振动现象，了解和掌握不平衡引起激励以及转子系统振动响应的概念。 2、了解和掌握转子振动测量分析仪器的使用。 3、掌握转子振动振幅和相位的测试方法，掌握转子动平衡的基本原理和方法。 二、实验装置 1、 转子振动模拟试验台。 图1所示为转子动平衡实验装置，它包括实验台和测试仪器两部分，实验台部分是电机、支撑和转子，转子由等直径轴和若干转盘组成，转盘在轴上的位置可以改变，转轴的直径为9.5，转盘分为两种规格。7625，其质量为800g；7619 ，其质量为600g。转子转速的变化通过串激电机改变电压实现的。测试仪器主要是两个涡流式位移传感器及其前置放大器，光电转速传感器，振动测试及动平衡分析仪器等。 2、 动平衡分析仪 本实验的振动测试及动平衡分析采用ZXP-8型动平衡分析仪。该仪器可进行转子振动的振幅与相位测试和频谱分析，并进行转子的动平衡计算。 三、双面动平衡原理 本实验采用影响系数法进行转子的动平衡，影响系数法认为：转子系统为一线型系统，其上各不平衡所产生在某一处的振动响应是可以进行线型叠加的。即振幅与激振力大小成正比，与不平衡力之间的相位保持不变。单位不平衡量在振动测点处引起的振动响应称为影响系数。现以单平面的平衡为例：转子某一平面上测得的原始振动响应为0A，在该平面加一试重1P，加试重后在相同转速下同一测点的振动响应为1A，则由试重1P引起的响应为1(A)0A1Pk， k称为影响系数。它表示单位不平衡量在振动测点处引起的振动响应。于是，为平衡原始不平衡量0A，当校准半径等于试重半径时，则加在校准面上的校准量0P为： 0P-0Ak-0A1(A)0A1P
图2、平衡矢量图 双面平衡主要适用于宽转子或多转子，双面平衡的影响系数有四个 11k——表示面上加单位试重在面引起的振动响应，11k
11(A)10
A
1P
12k——表示面上加单位试重在面引起的振动响应，12k12(A)
10
A
2P
21k——表示面上加单位试重在面引起的振动响应，21k21(A)
20
A
1P
22k——表示面上加单位试重在面引起的振动响应，22k22(
A
)20
A
2P
上式中： 10A、20A——分别为，两平面的原始不平衡振动量；
1P、2P——分别为加在，两平面的试重；
11A、12A——平面分别加1P、2P后引起的振动响应；
21A、22A——平面分别加1P、2P后引起的振动响应。
为平衡原始不平衡量应加在，两面的校准量10P、20P分别为：
10P
-（11k10A12k20A）
20P
-（21k10A22k20A）
注：以上各振动量、不平衡量及校准量均为矢量，既有大小，又有方向。
四、实验过程 1、熟悉实验用设备和仪器。 2、打开振动测试及动平衡分析仪电源。 3、 设置涡流传感器的参数，（8、-1） 4、 调节涡流传感器的间隙电压（-12V左右） 5、 启动转子实验台，测试转子在额定转速的原始振动量（振幅/相位）。并记录。 6、 在面加试重1P，测试转子在相同转速下的振动响应11A、21A（振幅/相位），并记录。 7、 在面加试重2P，测试转子在相同转速下的振动响应12A、22A（振幅/相位），并记录。 8、 计算影响系数11k、12k、21k、22k。 9、 计算校准量10P、20P。 10、将校准量加上后，启动转子实验台，记录转子在相同转速下的振动量。
五、实验报告 实验报告内容： 1、实验目的 2、实验原理（简述影响系数法） 3、实验装置，画出实验台示意简图 4、简述实验过程 5、算出的影响系数，校准量 6、校准量加上后的实验结果 7、结论
实验三 柔性转子临界转速测量实验指导书 一、实验目的 1、观察和了解转子在临界转速时的振动现象，振动的幅值和相位的变化情况。 2、利用振型圆和波德图测量转子的临界转速。 3、观察和验证转子结构对临界转速的影响。 4、了解非接触涡流式位移传感器和振动测量分析仪器的使用。 二、实验装置与原理 1、 柔性转子振动模拟试验台。
图1、柔性转子临界速度测定装置 1.含油轴承支座 2 .限位保护支座 3.转盘 4.光电转速传感器 5.涡流传感器 6.转轴 7.传感器支座 8.联轴节 9.电机 10.调压器 11.前置放大器 12.数据采集接口箱
