得到的。
二、振动特性的讨论 1.运动规律
由(3.15)式得知,两自由度系统无阻尼受迫振动的运动规律是简谐振动。 2.频率
两自由度系统受迫振动的频率与激振力的频率3.振幅
由(3.18)式得知,两自由度系统受迫振动的振幅决定于激振力力幅、激振力频率,以及系统本身的物理性质。现分别讨论如下:
(1)激振力幅值p0的影响
因为p∝p0,所以p0与B1、B2成线性关系。即p0越大,振幅B1、B2也越大。
(2)激振力频率
?相同。
?的影响
为了说明?对振幅的影响,我们以B1、B2为纵坐标,以
?为横
坐标,将(3.18)式作成曲线示图3.9中,称之为振幅频率响应曲线,或称幅频特性曲线。它表明了系统位移对频率的响应特性。
讨论:
①当??0时,B1?B2?的作用相当。
②当???n1,或???n2,即激振力频率等于系统第一或第二阶固有频率时,系统即出现共振现象,振幅B1、B2均急剧增加。这就是说,在两自由度系统中,如果激振力的频率和系统的任何一阶固有频率相近时,系统都将产生共振。也就是说,两自由度系统有两个共振区。
现在我们来分析一下系统共振时的振型。 由(3.18)式可得质量m1和m2的振幅比为:
p0,这表明,此时激振力的作用和静力k1B2c?B1c??2 (3.19)
这说明,在一定的激振频率下,两个质量的振幅比是一个确定值。当激振频率?等于第一阶固有频率?n1时,两个质量的振幅比的即
为:
?B2??B?1?c???c??2 (3.20)
n1??n1当???n2时,则
?B2??B?1?c??2 (3.21) ?c????n2n2这表明,系统以那一阶固有频率共振,则此时的共振振型就是那一阶主振型。这是多自由度系统受迫振动的一个极为重要的特性。在实践中,经常用共振法测定系统的固有频率,并根据测出的振型来判定固有频率的阶次,就是利用了上述这一规律。
p0??c时,x2?B2sin?t??sin?t 当k2故k2x2??p0sin?t
这就是说,副系统通过弹簧k2传给主系统的力,正好与作用在主系统上的激振力相平衡。这样,主系统的受迫振动就被副系统吸收掉了。主系统的质量m1就如同不受激振力作用一样,保持静止。这种现象可以被利用来作为减小振动的一种措施。
当???时B1、B2?0,即激振力的频率很高时,两个质量m1和m2都几乎不动。这时受迫振动现象也进入惯性区了。 4.相位
由于系统是无阻尼的情况,所以只要观察振幅的正负变化就可以说明相位的变化。
现将振幅计算公式(3.18)式的分母作如下的变换:
?a????c????bc????a?c??2242?c?a?b? (3.23)
由系统的频率方程(3.6)式,可以得知频率方程的两个根
22?n、?1n2必定满足下列关系式:
? ????c?a?b??
?2n12n2????a?c??2n12n2(3.24)
将(3.24)式代入(3.23)式得:
?a????c????bc??????????????????????2242n12n2222n122n22n12??n2 (3.25)
因而(3.18)式可改写成:
B1?B2?????pc??22?222??n???1n2????pc2222??n???1n2??????? (3.26) ???从(3.26)式中可以看出:
在0????n1阶段,B1、B2均为正值。故质量m1、m2的位移和激振力是同相的,即两个质量的位移也同相。
当???n1时,运动的相位对于激振力要出现相位突跳的反相。 当??c时,B=0,此后,B又重新成为正值,但B却仍保持
1
1
2
负值。这就是说,在c????n2阶段,B1与激振力同相,B2与激振力反相。即两个质量之间的相位相反。
当???n1以后,B1又改变为负值,而B2却保持正值。 根据以上分析,可作出如图3.10所示的相频特性曲线
三、动力减振器
根据两自由度系统受迫振动的振动特性的分析得知,只要适当地选择系统的参数,就可以使主系统的受迫振动被副系统所吸收,从而使主系统不动,动力减振器就是应用这一原理来设计的。
动力减振器是用弹性元件把一个辅助质量固定到振动系统上的