




已閱讀5頁,還剩11頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀
版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)
文檔簡介
物理實驗報告標題:受迫振動的研究實驗摘要:振動是自然界中最常見的運動形式之一,由受迫振動引發(fā)的共振現(xiàn)象在日常生活和工程技術(shù)中極為普遍。共振現(xiàn)象在許多領(lǐng)域有著廣泛的應用,例如,眾多電聲器件需要利用共振原理設(shè)計制作。它既有實用價值,也有破壞作用。本實驗采用玻耳共振儀定量測定了阻尼振動的振幅比值,繪制了受迫振動的幅頻特性和相頻特性曲線,并分析了阻尼對振動的影響以及受迫振動的幅頻特性和相頻特性。另外,實驗中利用了頻閃法來測定動態(tài)的相位差。目錄1引言32.實驗方法32.1實驗原理32.1.1受迫振動32.1.2共振42.1.3阻尼系數(shù)的測量52.2實驗儀器63實驗內(nèi)容、結(jié)果與討論73.1測定電磁阻尼為0情況下擺輪的振幅與振動周期的對應關(guān)系73.2研究擺輪的阻尼振動83.3測定擺輪受迫振動的幅頻與相頻特性曲線,并求阻尼系數(shù)93.4比較不同阻尼的幅頻與相頻特性曲線134.總結(jié)155.參考文獻151引言振動是自然界中最常見的運動形式之一,由受迫振動引發(fā)的共振現(xiàn)象在日常生活和工程技術(shù)中極為普遍。共振現(xiàn)象在許多領(lǐng)域有著廣泛的應用,例如為研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu),常采用核共振方法。但是共振現(xiàn)象也有極大的破壞性,減震和防震是工程技術(shù)和科學研究的一項重要任務。表征受迫振動性質(zhì)的是受迫振動的振幅頻率特性和相位頻率特性(簡稱幅頻和相頻特性)。本實驗采用玻耳共振儀定量測定了阻尼振動的振幅比值,繪制了受迫振動的幅頻特性和相頻特性曲線,并分析了阻尼對振動的影響以及受迫振動的幅頻特性和相頻特性。2.實驗方法2.1實驗原理2.1.1受迫振動本實驗中采用的是玻耳共振儀,其構(gòu)造如圖1所示:圖一銅質(zhì)圓形擺輪系統(tǒng)作受迫振動時它受到三種力的作用:蝸卷彈簧B提供的彈性力矩-k,軸承、空氣和電磁阻尼力矩-bddt,電動機偏心系統(tǒng)經(jīng)卷簧的外夾持端提供的驅(qū)動力矩M=M0cost。根據(jù)轉(zhuǎn)動定理,有Jd2dt2=-k-bddt+M0cost (1)式中,J為擺輪的轉(zhuǎn)動慣量,M0為驅(qū)動力矩的幅值,為驅(qū)動力矩的角頻率,令02=kJ,2=bJ,m=M0J則式(1)可寫為d2dt2+2ddt+02=mcost (2)式中為阻尼系數(shù),0為擺輪系統(tǒng)的固有頻率。在小阻尼(2-2)條件下,方程(2)的通解為:=ae-tcos0t+a+bcos(t+)此解為兩項之和,可見擺輪的受迫振動分為兩個分運動。隨著時間推移,阻尼振動項可以衰減到忽略不計。另一項表示與驅(qū)動力同頻率且振幅為b的振動??梢姡m然剛開始振動比較復雜,但是在不長的時間之后,受迫振動會到達一種穩(wěn)定的狀態(tài),成為一種簡諧振動,可以表示成:=bcost+ (3)振幅b和初相位(為受迫振動的角位移與驅(qū)動力矩之間的相位差)既與振動系統(tǒng)的性質(zhì)與阻尼情況有關(guān),也與驅(qū)動力的頻率和力矩的幅度M0有關(guān),而與振動的初始條件無關(guān)(初始條件只是影響達到穩(wěn)定狀態(tài)所用的時間)。b與由下述兩項決定:b=m(02-2)2+422 (4)=arctan-202-2 (5)2.1.2共振由極值條件b=0可以得出,當驅(qū)動力的角頻率為=02-22時,受迫振動的振幅達到最大值,產(chǎn)生共振。共振時的共振的角頻率r、振幅r和相位差r分別為:r=02-22 r=m202-2 (6)r=arctan(-02-22)由上式可以看出,阻尼系數(shù)越小,共振的角頻率r越接近于系統(tǒng)的固有頻率0,共振振幅r也越大,振動的角位移的相位滯后于驅(qū)動力矩的相位越接近于/2。圖2和圖3給出了不同阻尼系數(shù)的條件下受迫振動系統(tǒng)的振幅的頻率相應(幅頻特性)曲線和相位差的頻率響應(相頻特性)曲線。圖3圖2 2.1.3阻尼系數(shù)的測量(1)由振動系統(tǒng)作阻尼振動時的振幅比值求阻尼系數(shù)擺輪A如果只受到蝸卷彈簧B提供的彈性力矩-k,軸承、空氣和電磁阻尼力矩-bddt,阻尼較?。?02)時,振動系統(tǒng)作阻尼振動,對應的振動方程和方程的解為:d2dt2+2ddt+02=0=ae-tcosat+aa=02-2由于阻尼振動的振幅隨時間按指數(shù)律衰減,對相隔n個周期的兩振幅之比取對數(shù),則有:ln0n=lnae-tae-(t+nT)=nT實際的測量之中,可以以此來算出值。其中,n為阻尼振動的周期數(shù),0為計時開始時振動振幅,n為的n次振動時振幅,T為阻尼振動時周期。(2)由受迫振動系統(tǒng)的幅頻特性曲線求阻尼系數(shù)(只適合于202時的情況)由幅頻特性可以看出,弱阻尼202情況下,共振峰附近01,+020,由(4)和(6)可得:br=202-2(02-2)2+422(-0)2+2當b=r2時,由上式可得:-0。在幅頻特性曲線上可以直接讀出b=r2 處對應的兩個橫坐標+0和-0,從而可得: +-=2 (8)2.2實驗儀器本實驗使用的玻耳共振儀由共振儀和控制儀兩部分組成,并用電纜互聯(lián)。玻耳共振儀的示意圖見前文圖1。振動系統(tǒng)由銅質(zhì)圓形擺輪A與彈簧B構(gòu)成,彈簧的一端固定在機架支柱上,另一端與擺輪軸相聯(lián),在彈簧彈性力作用下,擺輪可繞軸自由往復振動。外激勵是由轉(zhuǎn)速十分穩(wěn)定的可調(diào)電機的偏心軸通過連桿 和擺桿 加到振動系統(tǒng)上。當電機勻速轉(zhuǎn)動時,可看作是一種簡諧激勵。若改變電機轉(zhuǎn)速,就相當于改變激勵的周期。電磁阻尼由阻尼線圈 產(chǎn)生,調(diào)節(jié)線圈電流可以改變電磁鐵氣隙中磁場,以達到改變阻尼力矩的作用。角度讀數(shù)盤上方處也裝有光電門,與控制電路相連接,可以用來測量強迫力矩的周期。圖4共振儀部分的結(jié)構(gòu)如圖4所示。左邊是振幅顯示窗,顯示三位數(shù)字的擺輪振幅;右邊時間顯示窗,顯示5位數(shù)字振動周期,精度為10-3s?!皵[輪、強迫力”和“周期選擇”開關(guān),分別用來測量擺輪強迫力矩的1次或者10次周期所需的時間。電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕用來改變強迫力周期,它是通過精確改變電機轉(zhuǎn)速來達到,其精度僅供參考。阻尼選擇開關(guān)用來改變阻尼線圈直流電位的大小,。電機開關(guān)用來控制電機轉(zhuǎn)動,當測量阻尼系數(shù)和擺輪固有頻率與振幅關(guān)系時,電機開關(guān)處于斷狀態(tài)。3實驗內(nèi)容、結(jié)果與討論3.1測定電磁阻尼為0情況下擺輪的振幅與振動周期的對應關(guān)系實驗數(shù)據(jù)如下:振幅周期T0/s1501.570 1401.5711311.5721191.5731101.5741011.575891.576811.577671.578541.578501.578 對這些數(shù)據(jù)進行做點畫圖,得到:-T0的關(guān)系曲線作圖日期:2014.9.3作者:岳晨濤周期T0振幅 發(fā)現(xiàn)振幅為54和50時數(shù)據(jù)偏離較大,去掉這兩個點后經(jīng)行線性擬合如下:作圖日期:2014.9.3作者:岳晨濤周期T0振幅-T0的線性擬合曲線 能夠知道振幅和周期的關(guān)系式為:T0=-9.80179*10-5*+1.584763.2研究擺輪的阻尼振動測得數(shù)據(jù)如下:振幅16014613412311310495877972周期T*10/s15.74515.74515.74515.74515.74515.74515.74515.74515.74515.745根據(jù)公式:ln0n=lnae-tae-(t+nT)=nT得: 15.745*=0.7985所以: =0.05071 3.3測定擺輪受迫振動的幅頻與相頻特性曲線,并求阻尼系數(shù)選擇“阻尼1”時,實驗數(shù)據(jù):擺輪振幅振動周期*10/s振動周期*1/s相位差原始周期T0T0/T =0/5816.3171.631723.01.57910.96776716.2171.621727.51.57820.97327816.1301.613033.01.57710.97789716.0101.601042.01.57530.983911115.9401.594049.01.57390.987412615.8701.587059.01.57240.990813515.8211.582165.51.57150.993314715.7091.570990.01.57040.999714815.6841.568497.01.57031.001214415.6551.5655107.01.57061.003312615.6101.5610121.01.57241.007312415.5921.5592127.01.57261.008611015.5841.5584132.01.57451.01037815.4461.5446149.01.57711.02116215.3511.5351156.01.57871.02845315.2641.5264160.01.57961.03484315.1461.5146163.51.58051.0435做出這種情況下的幅頻特性曲線,并進行擬合:0作圖日期:2014.9.3作者:岳晨濤振幅幅頻特性曲線擬合圖擬合的具體參數(shù):Equationy=y0 + (A/(w*sqrt(PI/2)*exp(-2*(x-xc)/w)2)Adj. R-Square0.98783ValueStandard ErrorAy049.968982.72179Axc0.999233.49071E-4Aw0.026670.00127AA3.167080.20432Asigma0.01334AFWHM0.03141AHeight94.73532能夠得到擬合出的振幅與0的關(guān)系式為:=49.9690+3.16710.026672e-2(0-0.9992)20.02672所以,擬合曲線的峰值為:r=144.7189則: b=r2=102.3317用b帶入關(guān)系式中能夠解出:+0=1.01374,-0=0.98466用b帶入在3.1中得到的關(guān)系式,能夠解出0=3.9900就能夠解出+=4.0448,-=3.9288根據(jù)式(8):+-=2能夠得出阻尼系數(shù):=0.05800能夠看出,用這種方法求得的阻尼系數(shù)與在3.2中求得的阻尼系數(shù)是基本吻合的,但是仍然存在一些誤差。做出這種情況下的相頻特性曲線:相位差0作圖日期:2014.9.3作者:岳晨濤相頻特性曲線圖 選擇“阻尼2”時,實驗數(shù)據(jù):擺輪振幅振動周期*10/s振動周期*1/s相位差原始周期T0T0/T =0/5816.3131.6313251.57910.96806716.2081.6208301.57820.97378416.0791.6079381.57650.980510515.9551.5955501.57450.986812515.8391.5839661.57250.992813615.7811.5781751.57140.995813715.7421.5742861.57130.998213915.7181.5718901.57110.999613815.7011.5701961.57121.000712915.6361.56361151.57211.00549615.5361.55361361.57541.01407815.4591.54591461.57711.02026515.3811.53811531.57841.02625415.2811.52811571.57951.03364715.2021.52021611.58021.0394做出這種情況下的幅頻特性曲線,并進行擬合:作圖日期:2014.9.3作者:岳晨濤0振幅幅頻特性曲線擬合圖擬合的具體參數(shù):Equationy=y0 + (A/(w*sqrt(PI/2)*exp(-2*(x-xc)/w)2)Adj. R-Square0.99539ValueStandard ErrorAy049.955321.82357Axc0.999372.68947E-4Aw0.027328.51631E-4AA2.98980.14043Asigma0.01366AFWHM0.03216AHeight87.32559能夠得到擬合出的振幅與0的關(guān)系式為:=49.9553+2.98980.027322e-2(0-0.9994)20.027322能計算出擬合曲線的峰值為:r=137.2728則: b=r2=97.0665用b帶入關(guān)系式中能夠解出:+0 與 -0用計算“阻尼1”情況下的阻尼系數(shù)的方法,同樣能夠得到“阻尼2”情況下的阻尼系數(shù)為:=0.06051。能夠看出“阻尼2”與“阻尼1”相比,阻尼系數(shù)有所增大這種情況下的相頻特性曲線如下:相位差0作圖日期:2014.9.3作者:岳晨濤相頻特性曲線圖3.4比較不同阻尼的幅頻與相頻特性曲線將“阻尼1”和“阻尼2”的幅頻特性曲線擬合圖畫在同一坐標軸下:振幅作圖日期:2014.9.3作者:岳晨濤0 比較之后能夠發(fā)現(xiàn),“阻尼1” 的幅頻特性曲線擬合圖和“阻尼2”的相比峰值更高,即在共振點附近的振幅更大。另外,“阻尼1” 的幅頻特性曲線擬合圖在共振點兩側(cè)的振幅變化更大。但是,在遠離共振點的區(qū)域內(nèi),兩者的圖像時基本重合的。將“阻尼1”和“阻尼2”的相頻特性曲線圖畫在同一坐標軸下:作圖日期:2014.9.3作者:岳晨濤0相位差比較后能夠發(fā)現(xiàn)“阻尼1” 的相頻特性曲線圖在共振點附近變化較快,更加陡峭,而“阻尼2”更加的平緩。能夠得到:阻尼越大,圖像越平緩。4.總結(jié)本次實驗的結(jié)果基本是合理的,但其中“阻尼1”阻尼下兩種方法計算出的阻尼系數(shù)有較大的誤差,現(xiàn)分析如下:1. 幅頻特性曲線的作圖需要借助查閱“測定電磁阻尼為0情況下擺輪的振幅與振動周期的對應關(guān)系”這一項實
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 氮肥管理在油菜增產(chǎn)中的作用
- 2025年注冊建筑師專業(yè)知識考核試卷(建筑設(shè)計與時代特征)
- 非遺傳承中的社區(qū)參與與文化認同
- 基于模擬醫(yī)學教育的臨床能力培養(yǎng)
- 兒童行為心理學解析
- 創(chuàng)新引領(lǐng)業(yè)務前行
- 臨產(chǎn)的處理原則及護理措施
- 舞蹈魅力與初中生活
- 出資轉(zhuǎn)讓協(xié)議書
- 2025授權(quán)代理在線直投廣告合同模板
- 華夏萬卷寫字課三年級下冊電子版
- 北師大版五年級(下冊)數(shù)學知識要點歸納|期末復習
- 干部檔案專項審核工作重點難點問題
- 口腔種植修復(基礎(chǔ)篇)知到章節(jié)答案智慧樹2023年浙江大學
- 影視導演基礎(chǔ)考點匯總
- 面試評分表完整版
- 工作方面存在問題具體表現(xiàn)及整改措施
- 2023年開放大學應急管理記分作業(yè)題庫
- 馬鞍山南山開發(fā)公司和尚橋鐵礦圍巖綜合利用擴能技術(shù)改造項目環(huán)境影響報告表
- 公司吊具點檢表
- 寧夏物理中考考點
評論
0/150
提交評論