机械振动基础试题及答案

大学物理课件

机械振动基础第1 节一、定义

简谐振动运动学

x = Acos(ωt + ),

A O x A x A > 0 , ω > 0 , :常数

——简谐振动方程 简谐振动方程 正弦交流电： 正弦交流电： u = Um cos(ωt + ) 二、描述简谐振动的物理量

圆频率，单位： ω = 2πv, ω :圆频率，单位： rad / s

x = Acos(ωt +) ≤ A , A > 0 :振幅 2π T= > 0 :周期 ω 1 ω 单位： 频率 v, 单位： Hz ,v = = T 2π2π t +) x = Acos(ωt + ) = Acos(2πvt +) = Acos( T

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2π t +) x = Acos(ωt + ) = Acos(2πvt +) = Acos( T Φ(t) = ωt + :位相， t = 0 ,Φ(0) = , :初相 位相，

A、 (或 或 )、 :描述简谐振动的物理量，三要素 ω v T 描述简谐振动的物理量，

三、振动曲线(位移时间曲线，不是运动轨迹) 振动曲线(位移时间曲线，不是运动轨迹)

xAO

xA

kT t

T

t

O

切线斜率 k = dx / dt = V :速度 画法

机械振动分析与应用习题

第一部分 问答题

1．一简谐振动，振幅为0.20cm，周期为0.15s，求最大速度和加速度。

2．一加速度计指示结构谐振在80HZ时具有最大加速度50g，求振动的振幅。

3．一简谐振动，频率为10Hz，最大速度为4.57m/s，求谐振动的振幅、周期、最大加速度。

4．阻尼对系统的自由振动有何影响？若仪器表头可等效为具有黏性阻尼的单自由度系统，欲使其在受扰动后尽快回零，最有效的办法是什么？

5．什么是振动？研究振动的目的是什么？简述振动理论分析的一般过程。

6．何为隔振？一般分为哪几类？有何区别？试用力法写出系统的传递率，画出力传递率的曲线草图，分析其有何指导意义。

第二部分 计算题

1．求图2-1所示两系统的等效刚度。

图2-1 图2-2 图2-3

2．如图2-2所示，均匀刚性杆质量为m，长度为l，距左端O为l0处有一支点，求O点等效质量。 3．如图2-3所示系统，求轴1的等效转动惯量。

图2-4 图2-5 图2-6

机械振动分析与应用习题

第一部分 问答题

1．一简谐振动，振幅为0.20cm，周期为0.15s，求最大速度和加速度。

2．一加速度计指示结构谐振在80HZ时具有最大加速度50g，求振动的振幅。

3．一简谐振动，频率为10Hz，最大速度为4.57m/s，求谐振动的振幅、周期、最大加速度。

4．阻尼对系统的自由振动有何影响？若仪器表头可等效为具有黏性阻尼的单自由度系统，欲使其在受扰动后尽快回零，最有效的办法是什么？

5．什么是振动？研究振动的目的是什么？简述振动理论分析的一般过程。

6．何为隔振？一般分为哪几类？有何区别？试用力法写出系统的传递率，画出力传递率的曲线草图，分析其有何指导意义。

第二部分 计算题

1．求图2-1所示两系统的等效刚度。

图2-1 图2-2 图2-3

2．如图2-2所示，均匀刚性杆质量为m，长度为l，距左端O为l0处有一支点，求O点等效质量。 3．如图2-3所示系统，求轴1的等效转动惯量。

图2-4 图2-5 图2-6

七彩教育网 http://www.7caiedu.cn

本资料来源于《七彩教育网》http://www.7caiedu.cn 第十一章 《机械振动》 单元测试（三）

1、关于简谐运动，以下说法正确的是（ ）

A．只要回复力的方向总是指向平衡位置，物体就做简谐运动 B．加速度的方向总是与位移的方向相反 C．质点的位移与时间的关系遵从正弦函数规律 D．速度方向有时与位移方向相反，有时与位移方向相同

2、卡车在水平道路上行驶，货物随车厢底板上下振动而不脱离底板，设货物的振动为简谐运动，以向上的位移为正，其振动图象如图所示，在图象上取a、b、c、d四点，则下列说法中正确的是（ ）

A．a点对应的时刻货物对车厢底板的压力最小 B．b点对应的时刻货物对车厢底板的压力最大 C．c点对应的时刻货物对车厢底板的压力最小 D．d点对应的时刻货物对车厢底板的压力小于货物重力 3、一弹簧振子做简谐运动，周期为8s．已知在t＝2s和t＝6s时刻，振子正好位于其平衡位置，则下列说法中正确的是（ ）

A．在t＝0和t＝10s时，振子的速度都为零

B．在t＝4s和t＝1

习题答案

第一章习题

习题答案

P57.1-1: 一物体作简谐振动, 当它通过距平衡位置为0.05m, 0.1m处时的速度分别为0.2m/s和0.08m/s。 求其振动周期、振幅和最大速度。

u (t ) = a sin(ω t + ) u (t ) = aω cos(ωt + )

两边平方，相加

[a u (t )]ω = u (t )2 2 2 2

代入已知条件

[a2 0.052 ]ω 2 = 0.22 2 2 2 2 [a 0.1 ]ω = 0.08解出

振动周期： = 2π / ω = 2π / 2.1167 = 2.9684 T 振幅： = 0.1069 a 最大速度=aω = 0.1069 × 2.1167 = 0.2263

a = 0.1069, ω =2.1167

P57.1-2: 一物体放在水平台面上， 当台面沿铅垂方向作频率为5Hz的简谐振动时， 要使物体不跳离平台， 对台面的振幅有何限制？m

u

质量m运动方程： mg = mu(t ) N

N = mu(t ) + mg

不跳离条件: N ≥ 0

a sin(ω t + ) ≤

g

ω2

u(t ) ≤

g

ω2

mu(t ) + mg ≥

1.2 如果把双轴汽车的质量分别离散到前、后轴上去，在考虑悬架质量和非悬架质量两个离散质量的情况下，画出前轴或后轴垂直振动的振动模型简图，并指出在这种化简情况下，汽车振动有几个自由度？

1.3设有两个刚度分别为k1,k2的线性弹簧如图T-1.3所示， 试证明：1）它们并联时的总刚度keq为：

keq?k1?k2

2）它们串联时的总刚度keq为：

111?? keqk1k2

1.8证明：两个同频率但不同相角的简谐运动的合成仍是同频率的简谐运动，即

?Acos?t?Bcos(?t??)?Ccos(?t??)，并讨论?=0，,?三种特例。

2

1.13汽车悬架减振器机械式常规性能试验台，其结构形式之一如图T-1.13所示。其激振器为曲柄滑块机构，在导轨下面垂向连接被试减振器。试分析减振器试验力学的基本规律（位移，速度，加速度，阻尼力）。

2.1弹簧下悬挂一物体，弹簧静伸长为δ，设将物体向下拉，使弹簧有静伸长3δ，然后无初速度地释放，求此后的运动方程。

2.2弹簧不受力时长度为65cm,下端挂上1kg物体后，弹簧长85cm。设用手拖住物体使弹簧回到原长后，无初速度地释放，试求物体的运动方程，振幅，周期及弹簧力的最大值。

2.3重物m1悬挂

1.2 如果把双轴汽车的质量分别离散到前、后轴上去，在考虑悬架质量和非悬架质量两个离散质量的情况下，画出前轴或后轴垂直振动的振动模型简图，并指出在这种化简情况下，汽车振动有几个自由度？

1.3设有两个刚度分别为k1,k2的线性弹簧如图T-1.3所示， 试证明：1）它们并联时的总刚度keq为：

keq?k1?k2

2）它们串联时的总刚度keq为：

111?? keqk1k2

1.8证明：两个同频率但不同相角的简谐运动的合成仍是同频率的简谐运动，即

?Acos?t?Bcos(?t??)?Ccos(?t??)，并讨论?=0，,?三种特例。

2

1.13汽车悬架减振器机械式常规性能试验台，其结构形式之一如图T-1.13所示。其激振器为曲柄滑块机构，在导轨下面垂向连接被试减振器。试分析减振器试验力学的基本规律（位移，速度，加速度，阻尼力）。

2.1弹簧下悬挂一物体，弹簧静伸长为δ，设将物体向下拉，使弹簧有静伸长3δ，然后无初速度地释放，求此后的运动方程。

2.2弹簧不受力时长度为65cm,下端挂上1kg物体后，弹簧长85cm。设用手拖住物体使弹簧回到原长后，无初速度地释放，试求物体的运动方程，振幅，周期及弹簧力的最大值。

2.3重物m1悬挂

第6章 机械振动基础

6.1 选择题

(1)一质点作谐振动，周期为T，它由平衡位置沿x轴负方向运动到离最大负位移1/2处所需要的最短时间为[B]

(A)T/4 (B)T/12 (C)T/6 (D)T/8 (2)一单摆周期恰好为1s，它的摆长为[B]

(A)0.99 m (B)0.25m (C)0.78m (D)0.50m

(3)已知弹簧的劲度系数为1.3N/cm，振幅为2.4cm，这一弹簧振子的机械能为[C] (A)7.48?10?2J (B)1.87?10?2J (C)3.74?10?2J (D)5.23?10?2J

(4)一质点作谐振动，频率为ν，则其振动动能变化频率为[D] (A) 0.5ν (B) 0.25ν (C) ν (D) 2ν

6.2 填空题

(1)当谐振子的振幅增大两倍时，它的周期 ，劲度系数 ，机械能 ，速度最大值vmax ，加速度最大值amax 。(填增大、减小、不变或变几倍) 不变；不变；增大4倍；增大2倍；增大2倍

(2)设地球、月球皆为均质球

东 北 大 学

研 究 生 考 试 试 卷

评分

考试科目： 机械振动理论基础及应用 课程编号： 阅 卷 人： 考试日期： 2012.07 姓 名： 林云成 学 号： 1100503

注 意 事 项

1．考 前 研 究 生 将 上 述 项 目 填 写 清 楚 2．字 迹 要 清 楚，保 持 卷 面 清 洁

3．交 卷 时 请 将 本 试 卷 和 题 签 一 起 上 交

东北大学研究生院

扁担

摘要：本文着眼点是中国民间的一种生活用具—扁担。通过对扁担的分析，简化后提取其振动模型，然后利用ANSYS有限元进行仿真分析，意图在于探讨挑担者的行走频率与振动的关系，揭示扁担省力的过程，然后通过对振动模型的理论推导来验证仿真的正确性，互为佐证。

关键词：扁担 有限元 受迫振动 弹簧阻尼系统

清晨的乡间小路，薄薄雾霭，一个挑担者的背影，便是一幅美丽动人的画面了。扁担—一个凝结着中国人智慧的普通工具，

东 北 大 学

研 究 生 考 试 试 卷

评分

考试科目： 机械振动理论基础及应用 课程编号： 阅 卷 人： 考试日期： 2012.07 姓 名： 林云成 学 号： 1100503

注 意 事 项

1．考 前 研 究 生 将 上 述 项 目 填 写 清 楚 2．字 迹 要 清 楚，保 持 卷 面 清 洁

3．交 卷 时 请 将 本 试 卷 和 题 签 一 起 上 交

东北大学研究生院

扁担

摘要：本文着眼点是中国民间的一种生活用具—扁担。通过对扁担的分析，简化后提取其振动模型，然后利用ANSYS有限元进行仿真分析，意图在于探讨挑担者的行走频率与振动的关系，揭示扁担省力的过程，然后通过对振动模型的理论推导来验证仿真的正确性，互为佐证。

关键词：扁担 有限元 受迫振动 弹簧阻尼系统

清晨的乡间小路，薄薄雾霭，一个挑担者的背影，便是一幅美丽动人的画面了。扁担—一个凝结着中国人智慧的普通工具，