课程设计报告文档格式.docx
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三、所需器材
振动实验台、激振器、加速度传感器、速度传感器、位移传感器、力传感器、扫描信号源、动态分析仪、力锤、质量块、空气阻尼器、单式吸振器。
四、实验内容
4.1、简谐振动固有频率的测量
对于简谐振动固有频率的测量我们在本设计中应用了三种方法，分别是利用振动传感器共振法来进行固有频率的测量，利萨如图的方法来测定固有频率，利用系统自由衰减振动测定固有频率。
4.1.1利用共振法测量固有频率
（1）实验装置图：
（图4.1.1-1实验装置图）
（2）实验原理：
对于振动系统测定其固有频率，常用简谐力激振，引起系统共振，从而找到系统的各阶固有频率。
在激振功率输出不变的情况下，由低到高调节激振器的激振频率，通过振动曲线，我们可以观察到在某一频率下，任一振动量（位移、速度、加速度）幅值迅速增加，这就是机械振动系统的某阶固有频率。
（3）实验方法：
①安装仪器
把接触式激振器安装在支架上，调节激振器高度，让接触头对简支梁产生一定的预压力，使激振杆上的红线与激振器端面平齐为宜，把激振器的信号输入端用连接线接到DH1301扫频信号源的输出接口上。
把加速度传感器粘贴在简支梁上，输出信号接到数采分析仪的振动测试通道。
②开机
打开仪器电源，进入DAS2003数采分析软件，设置采样率，连续采集，输入传感器灵敏度、设置量程范围，在打开的窗口内选择接入信号的测量通道。
清零后开始采集数据。
③测量
打开DH1301扫频信号源的电源开关，调节输出电压，注意不要过载，手动调节输出信号的频率，从0开始调节，当简支梁产生振动，且振动量最大时（共振），保持该频率一段时间，记录下此时信号源显示的频率，即为简支梁振动固有频率。
继续增大频率可得到高阶振动频率。
（4）所得图形及数据分析：
（图4.1.1-2：
幅频特性曲线）
由幅频特性曲线可得到的数据：
表4.1-1：
实验所得数据
阶数
一阶
二阶
三阶
固有频率（Hz）
46.25
147.50
171.25
幅值（mv）
173.102
92.765
57.846
由此可以得出该振动系统的一阶、二阶、三阶频频率。
4.1.2利用利萨如图测固有频率
（1）实验装置
（图4.1.2-1实验装置图）
（2）实验原理
利萨如图是把两个传感器测得的信号，一个作为X轴一个作为Y轴进行合成得到的图形。
互相垂直，不同频率的振动的合成，显示出复杂的图形，一般情况下，图形是不稳定的，当两个振动的频率成整数比时，它们就合成了较稳定的图形
为简单起见，以两个振动方向互相垂直的简谐振动的合成进行讨论。
设两个振动波形方程为：
x=A1cos（ω1t+φ1）；
y=A2cos（ω2t+φ2）
其合成波形的方程式为：
ω1=2πf1，ω2=2πf2
当ω1≠ω2、A2=A1、φ2–φ1=φ时
例如：
ω2=2ω1和ω2=3ω1，φ=00，450（3150），900（2700），1350（2250），1800时利萨如图形，如下图所示：
（图4.1.2-2）
当ω1与ω2差任意倍、A1≠A2时，合成波形更为复杂。
（3）实验方法
1、安装激振器
2、将测试系统连接好
将DH1301扫频信号源输出信号接到采集仪的1-1通道。
将速度传感器布置在偏心激振电机附近，速度传感器测得的信号接到数采仪的1-2通道。
3、仪器设置
打开仪器电源，进入控制分析软件，新建一个项目（项目名自定），设置采样频率1K、量程范围、工程单位和传感器灵敏度等参数，在曲线显示窗口内点击鼠标右键，选择信号，选择时间波形1-1和1-2，选择X-Y记录仪显示方式。
开始采集数据，数据同步采集显示在图形窗口内。
4、调节DH1301扫频信号源的输出频率，使屏幕上出现一直线或椭（正）圆，此时，激振信号源显示的频率即为简支梁系统强迫振动的频率fy。
5、再新建一个文件，将周期信号频率变为
（i=2，3），观察屏幕上的图形。
6、改变扫描信号源的频率，重复以上步骤
（4）实验数据记录与图形分析
1）当调节扫描信号源输出频率f0=46.5Hz时，得到下面图形：
（图4.1.2-3频率为46.5Hz时利萨如图）
此时得到的便是振动系统的固有频率
2）当调节扫描信号源输出f1=2f0=93.0Hz时得到如下图形：
（图4.1.2-4频率93.0Hz时利萨如图）
3）当调节扫描信号源输出f2=3f0=139.5Hz时得到如下图形：
（图4.1.2-5）
简谐振动频率
fy=46.5（Hz）
周期信号频率
f1=45.8Hz
f2=93Hz
f3=139.7Hz
图形
表4.1-2
4.1.3系统自由衰减振动及固有频率和阻尼比的测量
（图4.1.3-1实验装置图）
（2）实验方法：
①将测试系统连接好将加速度传感器布置在集中质量附近，加速度传感器
信号接到数采仪的振动测试通道。
②仪器设置
打开仪器电源，进入控制分析软件，新建一个项目（文件名自定），设置采样频率、量程范围、工程单位和灵敏度等参数，在数据显示窗口内点击鼠标右键，选择信号，选择时间波形，开始采集数据，数据同步采集显示在图形窗口内。
③测试和处理
用锤敲击质量块使其产生自由衰减振动。
记录单自由度系统自由衰减振动波形，然后设定i，利用双光标读出i个波经历的时间△t，T1=△t/；
读出相距i个周期的两振幅的双振幅2A1、2Ai+1之值，计算出阻尼比
，固有频率
。
（3）实验所得图形如下：
（图4.1.3-2：
时间曲线图形）
时间（s）
0.970
0.988
1.011
1.031
12.609
8.864
8.559
6.358
表4.1.3-1：
速度传感器时间波形曲线上峰值数据
（4）计算结果如下
表4.1.3-2：
数据处理与结果
i
时间t
周期T
A1
Ai+1
阻尼比
固有频率
3
0.061
0.021
0.0363
47.62Hz
i=3A1=12.609A4=6.358
周期T=0.021则f=1/T=47.62Hz
由公式
=0.0363
得到阻尼比为0.0363
4.2、测量并验证位移、速度、加速度之间的关系
（图4.2-1实验装置图）
在振动测量中，有时往往不需要测量振动信号的时间历程曲线，而只需要测量振动信号的幅值。
振动信号的幅值可根据位移、速度、加速度的关系，用位移传感器或速度传感器、加速度传感器来测量。
设振动位移、速度、加速度分别为x、v、a，其幅值分别为X、V、A：
x=Bsin（ωt-ψ）（式2-1）
v=
=ωBcos（ωt-ψ）（式2-2）
（式2-3）
式中：
B一一位移振幅ω——振动角频率ψ——初相位
X=B
A=ω2B=（2πf）2B式（2-4）
振动信号的幅值可根据式（2-4）中位移、速度、加速度的关系，分别用位移传感器、速度传感器或加速度传感器来测量。
也可利用动态分析仪中的微分、积分功能来测量。
①安装激振器
把激振器安装在支架上，将激振器和支架固定在实验台基座上，并保证激振器顶杆对简支梁有一定的预压力（不要超过激振杆上的红线标识），用专用连接线连接激振器和DH1301扫频信号源输出接口。
②连接仪器和传感器
把加速度传感器安装在简支梁的中部，输出信号接到数采分析仪的振动测试通道；
把位移传感器安装在简支梁的中部，输出信号接到数采分析仪的振动测试通道；
把速度传感器安装在简支梁的中部，输出信号接到数采分析仪的振动测试通道。
③仪器参数设置
打开数采仪器的电源开关，开机进入DHDAS数采分析软件的主界面，设置采样频率、量程范围，输入加速度传感器、速度传感器和位移传感器的灵敏度。
输入方式：
压电传感器选AC，速度传感器选AC，位移传感器选SIN_DC；
打开三个窗口，分别显示三个通道的时间信号。
④采集并显示数据
调节扫频信号源的输出频率和信号幅值，使梁产生明显振动。
在三个窗口中读取当前振动的最大值（位移、速度、加速度）。
（4）实验数据：
（图4-2：
位移、速度、加速度时间曲线）
（图4-3：
速度、加速度、位移频谱图）
（5）实验结果与分析：
表4.2-1：
实验数据结果
频率
位移X
速度V
加速度A
175Hz
2.59
1.64
3.42
激振频率为175Hz时，根据公式计算结果如下：
X=B=2.59mm
综上所述，实验结果与计算结果大致相等。
4.3、被动隔振的测量
（图4.3-1实验装置图）
防止地基的振动通过支座传至需保护的精密仪器或仪器仪表，以减少运动的传递，称为被动隔振。
被动隔振传递比等于底座传递到物体的振动与底座的振动之比，由底座传递到物体时则用位移、振动速度或振动加速度表示。
隔振效率：
传动比T：
式中D为阻尼比，为激振频率和共振频率的比。
（3）实验步骤：
①隔振器安装
把小的空气阻尼器和质量块组成的弹簧质量系统固定在梁中部，速度传感器放上面，压电加速度传感器放在梁的下面。
②安装激振器
③连接仪器和传感器
把加速度传感器输出信号接到数采分析仪的振动测试通道1-2；
把速度传感器输出信号接到数采分析仪的应变测试通道1-3。
④仪器参数设置
打开数采仪器的电源开关，开机进入DHDAS2003数采分析软件的主界面，设置采样频率、分析点数，量程范围，输入加速度传感器、速度传感器的灵敏度。
⑤打开三个窗口，分别显示二个通道的时间波形信号、二通道频谱信号和频响函数，并且加速度信号要经积分运算变换为速度信号。
⑥采集并显示数据
调节扫频信号源的输出频率，使隔振器产生共振。
在各窗口中分别读取当前振动的最大值、频率值
、振幅以及第一通道的峰值
和第二通道的峰值
⑦改变激振频率，分别测量
、、
、
、时，上下传感器的振动幅度。
⑧根据所测幅值计算传动比和隔振效果
隔振传动比：
T=A1/A2
（4）实验图形如下：
（图4.3-2：
激振频率50Hz下幅频特性曲线）
（图4.3-3：
激振频率67.50HZ下幅频特性曲线）
（图4.3-4：
激振频率95.00HZ下幅频特性曲线）
（图4.3-5：
激振频率165.0HZ下幅频特性曲线）
（5）数据处理计算：
根据所测幅值计算传动比和隔振效果
得到下列数据：
激振频率
加速度振幅A1
速度振幅A2
传动比T
隔振效率
50.00
0.07
0.0189
98.11%
67.50
0.05
2.81
0.0178
98.22%
95.00
0.13
8.70
0.0150
98.50%
165.00
0.19
3.55
0.0535
94.64%
表4.3-1：
数据结果
4.4、单式动力吸振器吸振实验
（图4.4-1实验装置图）
吸振就是在振动主系统上附加特殊的子系统，以转移或消耗主系统的振动能量，从而抑制主系统的振动。
动力减振是将主系统的振动能量转移到附加的减振器系统上，而实现减少主系统振动的目的。
如图所示一单自由度系统，其中
为质量，
为其刚度。
其激励力频率为
，垂直方向的振动位移为
此系统的固有频率为
当激励力的频率
接近系统的固
有频率
时，产生强烈共振。
为了减少振动，可采用消除振源的办法，或改变系统的
，从而调整其固有频率。
避开激励力的频率
如果实际条件限制，可采用附加减振装置的方法。
在原系统上另外加一个质量为
，刚度为
的“弹簧-质量”系统，与原系统构成一个两自由度系统，通过选择适当的参数
，可使
的振幅降为零。
（3）实验方法
2、连接仪器和传感器
把加速度传感器安装到梁中部集中质量上，输出信号接到数采分析仪的振动测试通道；
单式动力吸振器安装在梁中央。
.
3、仪器参数设置
打开数采仪器的电源开关，开机进入DHDAS2003数采分析软件的主界面，设置采样率、量程范围，输入加速度传感器的灵敏度。
窗口分别显示振动信号的时间波形和频谱
4、采集并显示数据
调节扫频信号源的输出频率，使梁产生共振。
在窗口中分别读取当前振动的幅值、频率值。
5、调节吸振器上的调节螺母，观察波形，使其幅值达到最小时，停止调节，记录其幅值及频率。
（4）、实验结果和分析
（图5-1频率为46.3Hz调节前幅频特性曲线）
（图5-2频率为46.3Hz调节后幅频特性曲线）
（图5-3频率为147.5Hz调节前幅频特性曲线）
（图5-4频率为147.5Hz调节后幅频特性曲线）
（图5-5频率为177.5Hz调节前幅频特性曲线）
（图5-6频率为177.5Hz调节后幅频特性曲线）
固有频率阶数
频率Hz
幅值
螺母移动距离
调节前
调节后
1
46.3
165.4
1.5
3.60cm
2
147.5
34.4
9.4
5.40cm
177.5
0.4
1.00cm
通过实验我们发现通过调整吸振器上螺母距中心垂直固定杆的距离，我们可以找到具有最佳吸振效果位置，来实现消振目的。
五、参考文献
[1]DHVTC振动测试与控制实验装置使用手册.江苏东华测试技术有限公司[2]DH-1301扫频信号发生器使用说明书.江苏东华测试技术有限公司
[3]太原科技大学测控技术及仪器教研室.测试技术实验指导书.太原科技大学
六、心得体会
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关材料力学和测试技术等方面的知识，在课程设计中，我们以严谨、科学的求真态度，发挥团队合作精神，共同探讨，分工合作。
在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。
在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。
同时，设计让我感触很深。
使我对抽象的理论有了具体的认识。
我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
这对于我们的将来也有很大的帮助。
以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。
就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。
果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。
此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。
七、教师评语
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