一、理论力学实验概要.ppt

理论力学实验、振动基础实验 4-1-1单自由度弹簧质量系统的刚度和固有频率测定 4-1-3 用实验方法求不规则物体重心 4-1-4 比较渐加、突加、冲击和振动四种不同类型载荷 4-1-5 用“三线摆”法验证均质圆盘转动惯量理论公式 4-3-1 测定梁的各阶固有频率 周期运动的最简单形式是简谐振动。即用时间t的正弦或余弦函数表示的运动规律。其一般表达式为 实验4-1-1中单自由度质量弹簧系统振动和实验4-1-5中三线摆在微小偏转后自然释放都可以看成是简谐振动。 理论力学多功能实验台 实验原理 由弹簧质量组成的振动系统，在弹簧的线性变形范围内，系统的变形和所受到的外力的大小成线性关系。据此，施加不同的力，得到不同的变形，由此计算系统的刚度和固有频率fn。式中：m为系统的质量。 实验目的 1．测定单自由度系统的等效刚度k。 2．计算弹簧质量振动系统的固有频率fn。 4-1-1单自由度弹簧质量系统的刚度和固有频率测定 4-1-5 用“三线摆”法验证均质圆盘转动惯量理论公式 实验目的 1. 了解并掌握用“三线摆”方法测取物体转动惯量的方法。 2. 分析“三线摆”摆长对测量的误差。 三线摆示意图 “三线摆”是测取转动惯量的一种常用方法。给摆一个微小偏转，然后自然释放，摆就会产生扭振。同样的摆线长，不同的转动惯量，摆动的周期是不相同的；而同样的转动惯量，不同的摆长，摆动的周期也不相同。因此，“三线摆”的摆动周期不仅与物体的转动惯量有关，而且与摆线的长度也有关。根据摆的线长和摆动周期，可以推算出三线摆在线性振动范围内圆盘转动惯量计算公式为 式中：Jc为圆盘对质心的转动惯量；m为圆盘质量； l为摆线长；r为悬线到转轴的距离；T为圆盘的摆动周期。 按下式计算圆盘的转动惯量理论值 注意事项 1. 不规则物体的轴心应与圆盘中心重合。 2. 摆的初始角应小于或等于5°。 3. 两个摆的线长应一致。 4. 实际测试时，不应有较大幅度的平动。 实验原理 物体的重心位置是固定不变的。利用柔软细绳的受力特点及两力平衡原理，可以用悬挂的方法确定其重心的位置。利用平面一般力系的平衡条件，测取杆件的重心位置和物体的重量。 实验方法（1）垂吊法 将型钢片状试件，用细绳将其垂吊在上顶板前端的螺钉上，以此可确定此状态下的一条重力作用线；另换一位置垂吊，又可确定另一条重力作用线。通过两种垂吊状态下的重力作用线，便可确定此物体的重心位置。 4-1-3 用实验方法求不规则物体重心 （2）称重法 使用连杆、水平仪、积木和台称，利用已学力学知识，用称重法求出连杆的重量，并确定其重心位置。 实验原理 渐加载荷、突加载荷、冲击载荷和振动载荷是常见的四种载荷。将不同类型的载荷作用在同一台秤上，可以方便地观察到各自的作用力与时间的关系曲线，进行相互比较，可清楚地了解不同类型的载荷对承载体的作用力是不同的。 4-1-4 比较渐加、突加、冲击和振动四种不同类型载荷 实验装置及仪器框图如图4-12a所示。通过变换支承块可改变梁的支承结构，移动支架的位置可改变梁的长短，因此该装置不仅可作为简支、固支系统，还可作为一端自由的悬臂系统。 4-3-1 测定梁的各阶固有频率 实验目的 用瞬态激振法确定梁的各阶固有频率。 实验原理 试件是一组矩形截面梁，从理论上说，它应有无限个固有频率。梁的震动是无穷多个主振型的叠加。如果给梁一个大小合适的瞬态力，相当于用所有频率的正弦信号同时激励。使用锤击进行瞬态激励时，要求相应时间 这里的 是感兴趣的频率上限。 梁因敲击产生的振动信号由速度传感器获取并将其转换为与速度信号成正比的电信号，该信号通过测振仪放大后输出给数据采集分析仪。 参数设置 开启各仪器的电源开关，计算机进入W2K平台，点击“uTekSs数据采集处理与分析系统”(参见附4.X)，进入“信号与系统分析”，点击“工程”→“新建工程“，进入“设置”菜单或屏幕右端“采集参数”设置测量参数，具体参数选择为： 采样频率：5120Hz；电压范围：程控放大自检最佳放大倍数；通道数：2；触发参数：触发方式（正触发），触发电平（20%），触发延迟（-40），触发通道（1）；采集控制：采集方式（监视采集），监视类型（频谱），有无效控制（有）；采样方式：内部，基准通道号（1）；数字滤波：低通，滤波频率：下限（0），上限（500