土石方工程施工組織設計方案(630)

1、實驗一 求不規(guī)則物體的重心FFABCoWoA(a)(b)AABWBWN2Xcll(b)=WFlF N 1F N1F N2、實驗目的：用懸吊法和稱重法求出不規(guī)則物體的重心的位置。、實驗設備儀器：ZME-1型理論力學多功能實驗臺，直尺、積木、磅秤、膠帶、白紙等。大頭端支點的距離 Xc。根據(jù)平面平行力系，可以得到下面的兩個方程:三、實驗原理方法簡述1-1（ a）所示，根據(jù)二力平衡公理，重心必然在過懸吊點的鉛直線上，于是可在與板貼在一起的紙上畫出 此線。然后將板懸掛于另外一點B，同樣可以畫出另外一條直線。兩直線的交點C就是重心，如圖1-1（b）所示。（一）懸吊法求不規(guī)則物體的重心適用于薄板形狀的物體，

2、先將紙貼于板上，再在紙上描出物體輪廓，把物體懸掛于任意一點A，如圖圖1-1（二）稱重法求軸對稱物體的重心對于由縱向對稱面且縱向對稱面內(nèi)有對稱軸的均質物體，其重心必在對稱軸上。圖1-2B處的支反力Fn1的大小，再將連桿旋轉180°,仍然保持中軸線水平，可測得Fn2的大小。重心距離連桿根據(jù)上面的方程，可以求出重心的位置:首先將物體支于縱向對稱面內(nèi)的兩點，測出兩個支點間的距離l，其中一點置于磅秤上，由此可測得Xc =Fn1 + F N2四、實驗數(shù)據(jù)及處理（一）懸吊法求不規(guī)則物體的重心（二）稱重法求對稱連桿的重心。a. 將磅秤和支架放置于多功能臺面上。將連桿的一斷放于支架上，另一端放于支架上

3、，使連桿的曲軸F ni=1375 g中心對準磅秤的中心位置。 并利用積木塊調(diào)節(jié)連桿的中心位置使它成水平。記錄此時磅秤的讀數(shù)b. 取下連桿，記錄磅秤上積木的重量Fji=385gc. 將連桿轉180，重復a步驟，測出此時磅秤讀數(shù)Fn2=1560gd. 取下連桿，記錄磅秤上積木的重量F ji=0 ge. 測定連桿兩支點間的距離I=221mmf. 計算連桿的重心位置（1375 -385） 221Xc86mm重心距離連桿大頭端支點的距離xC =86mm。1375 -385 1560五、思考題1. 在進行稱重法求物體重心的實驗中，哪些因素將影響實驗的精度？4）連桿答：影響實驗精度的因素有：1）磅秤的精度；

4、2）支點位置的準確度；3 ）連桿中心線的水平度;支點間距離測量的準確度，等。實驗四 四種不同載荷的觀測與理解一、實驗目的： 通過實驗理解漸加載荷，沖擊載荷，突加載荷和振動載荷的區(qū)別。二、實驗設備儀器：ZME-1型理論力學多功能實驗臺，磅秤，沙袋。三、實驗原理方法：a取出裝有一定重量砂子的沙袋，將砂子連續(xù)倒在左邊的磅秤上，觀察磅秤的讀數(shù)；（漸加載荷）b將砂子倒回沙袋，并使沙袋處于和磅秤剛剛接觸的位置上，突然釋放沙袋；（突加載荷）c.將沙袋提取到一定高度，自由落下；（沖擊載荷）d把與沙袋重量完全相同的能產(chǎn)生激振力的模型放在磅秤上，打開開關使其振動，（振動載荷）力與時間的關系示意圖匚漸加載荷突加載荷

5、沖擊載荷振動載荷四、思考題1 四種不同載荷分別作用于同一座橋上時，哪一種最不安全？答：一般情況下沖擊載荷最不安全，若有共振則振動載荷也不安全。2. 請簡述通過這次實驗的收獲。答：通過這次實驗對四種載荷有了更明確地認識。實驗三轉動慣量（三線擺求圓盤的轉動慣量，用等效方法求非均質發(fā)動機搖臂的轉動慣量）、實驗目的： 測量剛體繞軸旋轉的轉動慣量。、實驗設備儀器：ZME-1型理論力學多功能實驗臺、秒表、直尺、磁性圓柱鐵等三、實驗原理、方法:如圖3-1所示三線擺，均質圓盤質量為m，半徑為R，三線擺懸吊半徑為r。當均質圓盤作扭轉角為小于6度的微振動時，L - L'-系統(tǒng)最大動能:EKmax2max系

6、統(tǒng)最大勢能:E Pmax|2= mgL1-cos'- 0 mgL'-021mg 2 a L6為圓盤的扭轉振幅，' 0是擺線的扭轉振幅對于保守系統(tǒng)機械能守恒，即:Ek = Ep，經(jīng)化簡得22 mgrW =JoL由于:則圓盤的轉動慣量:Jo5 mgr2丿L可見測周期T可用上式計算出圓盤的轉動慣量。四、實驗數(shù)據(jù)及處理1.（一）圓盤轉動慣量的理論計算與實驗測量已知：圓盤直徑 d =100mm，R=d/2=50mm，厚度為：=5.5mm ,材料密度= 7.75 10kg/m3，吊線半徑為r -41mm。用理論公式計算圓盤轉動慣量：J0 =mR2 = 1 二R2、TR2 = 1 二

7、 5.5 504 105 7.75 103 =4.1847 10kgm22 2 2實驗測量：轉動右邊手輪，使圓盤三線擺下降約60 cm，給三線擺一個初始角（小于 6度），釋放圓盤后，使三線擺發(fā)生扭轉振動，用秒表記錄扭轉十次或以上的時間，算出振動周期T。廣 T "、22用三線擺測周期計算圓盤轉動慣量：j0 = 丄i印匹，將實測和計算結果添入下表：丿L線長L(cm)30405060周期T（s）0.951.091.221.34轉動慣量J0(kg m2 )4.20685e-44.153596e-44.16276e-44.18494e-4誤差（%0.5290.7430.5240.0057由計算

8、結果可以看出隨著擺長的增加測量精度提高。(二)用等效方法求非均質(鋁合金，銅，鋼，記憶合金組成)發(fā)動機搖臂的轉動慣量 分別轉動左邊兩個三線擺的手輪，讓有非均質搖臂的圓盤三線擺下降至可接受的三線擺線長 (>=600mm )，也使配重相同的帶有磁性的兩個圓柱鐵三線擺下降至相同的位置。已知：等效圓柱直徑 d =20mm ,高h =18mm，材料密度 P = 7.75x 103 kg/m3。c 2/ 、2、則兩圓柱對中心軸 O的轉動慣量計算公式：J0=2 m I + m i0 C 12丿12丿丿式中：s為兩圓柱的中心距。分別以不同的中心距 s測出相應的扭轉震蕩周期 T，并用理論公式算出兩個圓柱對

9、中心軸的轉動慣量J0，填入下表，中心距S(mm)30405060周期T(s)0.7750.8630.9751.1轉動慣量J°(kg m2 )2.41e-53.96e-55.29e-5& 33e-5并可繪制一定質量、一定擺長下周期與轉動慣量之間的關系圖 測出與兩個圓柱等重的非均質發(fā)動機搖臂的扭轉振動周期：T = 0.925 (s)運用插入法，求得搖臂的轉動慣量：2J0 二 5.0le-5 (kg m )五、思考題1.分析發(fā)動機搖臂質心和軸心相距較大時，對實驗精度的影響？答：計算公式由機械能守恒推得，其中有微幅擺動條件；另外系統(tǒng)動能由繞定軸轉動剛體計算，若剛體質 心與轉動中心不重

10、合，動能計算不準確，并且由此計算得的結果會偏小。用三線擺扭轉振動周期法求轉動 慣量，除方法誤差外，還會有周期測定精度、擺長、懸線半徑等因素的影響。實驗五單自由度系統(tǒng)振動（彈簧質量系統(tǒng)的固有頻率和自激振動、自由振動、強迫振動）一、實驗目的掌握單自由度振動系統(tǒng)固有頻率與振動質量m和系統(tǒng)彈簧剛度k之間的關系演示自激振動現(xiàn)象及其與自由振動和強迫振動的區(qū)別。實驗設備儀器：zme-1型理論力學多功能實驗臺、風速表、轉速表、秒表等三、實驗原理、方法:（一）單自由度線性系統(tǒng)的自由振動由一個質量塊及彈簧的系統(tǒng)，在受到初干擾（初位移或初速度） 衡位置附近所作的振動稱為自由振動。其運動微分方程為：后，僅在系統(tǒng)的恢復

11、力作用下在其平mX kx = 0（無阻尼）其解為：Asin（'nt：心）其中：A二22 VoXo 2 ''nrctanM , nVo（二）單自由度線性系統(tǒng)的強迫振動在隨時間周期性變化的外力作用下，系統(tǒng)作持續(xù)振動稱為強迫振動，該外力稱為干擾力。其振動微分方程為： mx - 2nxnx = hsint （有阻尼）方程全解為：x = Aesin（ Jccn2 -n2t +） + Bsin（一名）強迫振動的振幅B可以表示為式中:B）=稱為靜力偏移，表示系統(tǒng)在干擾力的幅值H的靜力作用下的偏移。（三）自激振動的基本特性：自激振動是一種比較特殊的現(xiàn)象。它不同于強迫振動，因為其沒有固定

12、周期性交變的能量輸入，而且自激振動的頻率基本上取決于系統(tǒng)的固有特性。它也不同于自由振動，因為它并不隨時間增大而衰減， 系統(tǒng)振動時，維持振動的能量不象自由振動時一次輸入，而是象強迫振動那樣持續(xù)地輸入。但這一能源并 不象強迫振動時通過周期性的作用對系統(tǒng)輸入能量，而是對系統(tǒng)產(chǎn)生一個持續(xù)的作用，這個非周期性作用 只有通過系統(tǒng)本身的振動才能變?yōu)橹芷谛缘淖饔?，能量才能不斷輸入振動系統(tǒng)， 從而維持系統(tǒng)的自激振動。因此，它與強迫振動的一個重要區(qū)別在于系統(tǒng)沒有初始運動就不會引起自激振動，而強迫振動則不然。四、實驗項目（一）求單自由度系統(tǒng)的振動頻率已知：高壓輸電模型的質量m=0.138kg，砝碼規(guī)格分別為100g

13、和200g。用不同砝碼掛吊在半圓形模型下部中間的圓孔上，觀察彈簧系統(tǒng)的變形，記錄下質量振動的位移。砝碼重W（N）0.981.963.925.88位移AL(mm)8.516.532.548.5計算系統(tǒng)的等效剛度和振動頻率kea =空=業(yè) *侮 *竺 * 鋰 / 4二h8.975N/mq AL 18.516.532.548.5）（二）演示自激振動現(xiàn)象及其與自由振動和強迫振動的區(qū)別，觀察并定性分析風速與振幅，風速與振動頻 率的關系。開啟變壓器旋鈕分別調(diào)至 90200V共分5級，使風機由低速逐級增速，用轉速儀，風速儀，秒表分別 測出轉速，風速，振幅，振動周期并做記錄（注意：記錄振幅時視線應與指針保持水平，測試間隔約35分鐘），最后把變壓器調(diào)至 0，再觀察振動情況。電壓（V）901001101500轉速（r/m）風速（m/s）振幅（mm）周期（s）分析整個過程中那段為 振動，那段為 振動。為什么振動周期無變化?（三）用現(xiàn)有的實驗裝置和配件演示強迫振動現(xiàn)象五、思考題1自由振動，自激振動和強迫振動的區(qū)別和各自的特點是什么？自由振動：