机械振动习题集与答案
《机械振动噪声学》习题集
1－1 阐明下列概念，必要时可用插图。
(a) 振动；(b) 周期振动和周期；
(c) 简谐振动。振幅、频率和相位角。
1－2 一简谐运动，振幅为0.20 cm，周期为0.15 s，求最大的速度和加速度。
1－3 一加速度计指示结构谐振在82 Hz 时具有最大加速度50 g，求其振动的振幅。
1－4 一简谐振动频率为10 Hz，最大速度为4.57 m/s，求其振幅、周期和最大加速度。1－5 证明两个同频率但不同相位角的简谐运动的合成仍是同频率的简谐运动。即：
A cos ωn t +
B cos (ωn t + φ) =
C cos (ωn t + φ' )，并讨论φ＝0、π/2 和π三种特例。1－6 一台面以一定频率作垂直正弦运动，如要求台面上的物体保持与台面接触，则台面的最大振幅可有多大？
1－7 计算两简谐运动x1 = X1 cos ω t和x2 = X2 cos (ω + ε ) t之和。其中ε << ω。如发生拍的现象，求其振幅和拍频。
1－8 将下列复数写成指数A e i θ形式：
(a) 1 + i3(b) -2 (c) 3 / (3- i ) (d) 5 i (e) 3 / (3- i ) 2
(f) (3+ i ) (3 + 4 i ) (g) (3- i ) (3 - 4 i ) (h) [ ( 2 i ) 2 + 3 i + 8 ]
2－1 钢结构桌子的周期τ＝0.4 s，今在桌子上放W = 30 N 的重物，如图2－1所示。已知周期的变化?τ＝0.1 s。求：( a ) 放重物后桌子的周期；( b )桌子的质量和刚度。
2－2 如图2－2所示，长度为L、质量为m 的均质刚性杆由两根刚度为k 的弹簧系住，求杆绕O点微幅振动的微分方程。
2－3 如图2－3所示，质量为m、半径为r的圆柱体，可沿水平面作纯滚动，它的圆心O 用刚度为k的弹簧相连，求系统的振动微分方程。
图2－1 图2－2 图2－3
2－4 如图2－4所示，质量为m、半径为R的圆柱体，可沿水平面作纯滚动，与圆心O距离为a 处用两根刚度为k的弹簧相连，求系统作微振动的微分方程。
2－5 求图2－5所示弹簧－质量－滑轮系统的振动微分方程。
图2－4 图2－5
1
2－6 图2－6所示系统垂直放置，L2杆处于铅垂位置时系统静平衡，求系统作微振动的微分方程。
2－7 求图2－7所示系统的振动微分方程。
2－8 试用能量法确定图2－8所示系统的振动微分方程。(假定m 2 > m 1，图示位置是系统的静平衡位置。)
图2－6 图2－7 图2－8
2－9 试确定图2－9所示弹簧系统的等效刚度。
2－10 求跨度为L 的均匀简支梁在离支承点L 3 处的等效刚度系数。
2－11 求图2－11所示系统对于广义坐标x 的等效刚度。
2－12 一质量为m、长度为L 的均匀刚性杆，在距左端O为n L 处设一支承点，如图2－12所示。求杆对O点的等效质量。
图2－9 图2－11 图2－12
2－13 如图2－13所示，悬臂梁长度为L，弯曲刚度为EI，质量不计。求系统的等效刚度和等效质量。
2－14 图2－14是固定滑车力学模型。起吊物品质量为m，滑轮绕中心O的转动惯量为J0，假定绳索与滑轮间无滑动，求系统的振动微分方程。
2－15 用视察法建立图2－15所示链式系统的振动微分方程。
2－16 如图2－16所示，绳索上有两个质量m1和m2 ( m1 = 2 m2 )，各段绳索中的张力均为T，用柔度法建立系统作微振动的微分方程。
图2－13 图2－14 图2－15 图2－16
2
2－17 如图2－17所示，系统中k1=k2=k3=k，m1=m2=m，r1=r2=r，J1=J2=J。求系统的振动微分方程。
2－18 图2－18为行车载重小车运动的力学模型，小车质量m1，受到两根刚度为k弹簧的约束，悬挂物品质量为m2，悬挂长度为L，摆角θ很小，求系统的振动微分方程。
图2－17 图2－18 图3－1
3－1 如图3－1所示，杆a与弹簧k1和k2相连，弹簧k3置于杆a 的中央，杆b 与弹簧k3和k4相连，质量m置于杆b的中央。设杆 a 和杆b 为质量和转动惯矩可忽略的刚性杆，并能在图示平面内自由移动和转动。求质量m 上、下振动的固有频率。
3－2 如图3－2所示，一薄长板条被弯成半圆形，在水平面上摇摆。用能量法求它摇摆的周期。
3－3 如图3－3所示，一长度为L、质量为m 的均匀刚性杆铰接在O点，并以弹簧和粘性阻尼器支承。求：(a) 系统作微振动的微分方程；(b) 系统的无阻尼固有频率；(c) 系统的临界阻尼。
3－4 系统参数和几何尺寸如图3－4所示，刚性杆质量可忽略。求：(a) 系统作微振动的微分方程；(b) 临界阻尼系数；(c) 有阻尼固有频率。
3－5 如图3－5所示，质量为m1的重物悬挂在刚度为k 的弹簧上并处于静平衡位置，质量为m2的重物从高度为h 处自由降落到m1 上而无弹跳，求系统的运动规律。
图3－2 图3－3 图3－4 图3－5 3－6 弹簧－质量－粘性阻尼器系统中，质量m = 10 kg·s2/m，弹簧刚度k= 1000 kg/m，初始条件为x0 = 0.01 m, x0= 0。求：系统的阻尼比分别为ζ＝0、0.2和1.0三
种情况下系统对初始条件的响应，并给出概略简图。
3－7 图3－7所示带有库仑阻尼的系统中，质量m= 9 kg，弹簧
刚度k= 7 kN/m，摩擦系数μ= 0.15，初始条件是
x x
00
250
==
mm, 。求：(a) 位移振幅每周衰
减；(b) 最大速度；(c) 速度振幅每周衰减；(d)
物体m 停止的位置。图3－7
3
4
3－8 对只有库仑阻尼的弹簧－质量系统，用能量观点证明：对于自由振动，每周期振幅
衰减为4F /k 。( F 是摩擦力 )
3－9 求图3－9所示系统的固有频率和主振型。( 杆为刚性，不计质量。)
3－10 选图3－10所示均质杆的质心C 点向下移动的位移 x 及杆顺时针方向转角θ 为广义
坐标，求系统的固有圆频率和主振型。
图3－9 图3－10
3－11 图3-11所示扭转振动系统中， k 1 = k 2 = k ，J 1 = 2 J 2 = 2 J 。 (a) 求系统的固有频率
和主振型；(b) 设：)0(1θ = 1 rad ，)0(2θ = 2 rad ，0)0()0(2
1==θθ ，求系统对初始条件的响应。
3－12 求图3-10所示系统的振型矩阵 [u ]、正则化振型矩阵[]u 和主坐标。
3－13 求图3－13所示系统的振型矩阵 [u ]、正则化振型矩阵[]u 和主坐标。
3－14 设图3-14所示系统中， 轴的抗弯刚度为 EI ，它的惯性矩不计，圆盘的转动惯量 J
= mR 2/4，R = L /4，静平衡时轴在水平位置。求系统的固有频率。
图3－11 图3－13 图3－14 3－15 用 Rayleigh 法和 Dunkerley 公式估算图2－16所示系统中质点在铅垂平面中作垂
直于绳索微振动时的基频，并与精确解相比较。
4－1 如图4－1所示，一质量为 m 的油缸与刚度为 k 的弹簧相连，通过阻尼系数为 c 的
粘性阻尼器以运动规律 y = A sin ω t 的活塞给予激励，求油缸运动的振幅以及它相对于活塞的相位。
4－2 试导出图4－2所示系统的振动微分方程，并求系统的稳态响应。
4－3 求图4－3所示弹簧－质量系统在库仑阻尼和简谐激励力 F 0 sin ω t 作用下的振幅。
在什么条件下运动能继续？
图4－1 图4－2 图4－3
4－4 一重物悬挂在刚度k = 3 kN/m 的弹簧下，测得系统振动的准周期为1 s，系统阻尼比为0.2，当外力F = 20 cos 3t(N) 作用于系统上时，求系统稳态振动的振幅和相位。
4－5 带结构阻尼的单自由度系统，若刚度用复数形式k= k0e i 2 β表示。求系统在简谐激励下的响应。
4－6 具有粘性阻尼的弹簧－质量系统在简谐力作用下作强迫振动。求加速度幅值达到最大值时的频率比、放大因子和Q因子。
4－7 具有粘性阻尼的弹簧－质量系统在简谐力作用下作强迫振动。求速度幅值达到最大值时的频率比、放大因子和Q因子。
4－8 具有粘性阻尼的弹簧－质量系统在简谐力作用下作强迫振动。求位移幅值达到最大值时的频率比、放大因子和Q因子。
4－9 如图4－9所示，弹性支承的车辆沿高低不平的道路运行。试求出车辆振幅与运行速度v之间的关系，并确定最不利的运行速度。
4－10 图4－10所示系统中，集中质量m = 20 kg，弹簧刚度k = 3.5 kN/m，阻尼器的粘性阻尼系数为c = 0.2 kN ? s /m，凸轮的转速为60 rpm，行程为0.01 m。试求系统的稳态响应x (t)。
4－11 如图4－11所示，一个弹簧－质量系统从倾斜角为30?的光滑斜面下滑。求弹簧从开始接触挡板到脱开挡板的时间。
图4－9 图4－10 图4－11
4－12 一弹簧－质量系统，从t= 0时，突加一个F 0力，以后该力保持不变。试用Duhamel 积分求系统的响应，并概略图示之。（图4－12）
4－13 一弹簧－质量系统，从t= 0开始作用一不变的F 0力，作用时间为t0(图4－13)。求系统在t
4－14 一单自由度无阻尼弹簧－质量系统，受到图4－14所示力的激励，请用Duhamel积分求系统在t < t1和t > t1两种情况下的响应，并概略图示之。
4－15 求弹簧－质量系统在图4－15所示激励下的响应。
图4－12 图4－13 图4－14 图4－15
5
4－16 对弹簧－质量系统，从t = 0开始施加按直线变化的力，即f (t) = a t ( a = const )。请用Duhamel积分求系统的响应，并概略图示之。
4－17 试用拉普拉斯变换方法解题4－12。
4－18 试用拉普拉斯变换方法解题4－13。
4－19 求图4－19所示系统的稳态响应。
4－20 转动惯量为J的飞轮通过四个刚度为k的弹簧与转动惯量为J d并能在轴上自由转动的扭转减振器相联，见图4－20。试建立系统作扭转振动的微分方程。若在飞轮上作用一简谐变化的扭矩T sin ωt，求：(a)系统的稳态响应；(b)飞轮不动时J d的固有频率；(c)J d / J 的比值，使联接减振器后系统的固有频率为激振频率ω的 1.2 倍。
4－21 求图4－21所示系统的稳态响应。
图4－19 图4－20 图4－21
5－1 具有粘性阻尼的弹簧－质量系统，使质量偏离平衡位置然后释放。如果每一循环振幅减小5 %，那么系统所具有的等效粘性阻尼系数占临界阻尼系数的百分之几？
5－2 一振动系统具有下列参数：质量m = 17.5 kg，弹簧刚度k = 70.0 N/cm，粘性阻尼系数 c = 0.70 N s/cm。求：(a) 阻尼比ζ；(b) 有阻尼固有频率；(c) 对数衰减率；(d) 任意二相临振幅比值。
5－3 某单自由度系统中，等效质量m = 1 kg, 等效k = 5 kN/m,在振动5 周后振幅降为初始振幅的25%。求系统的等效粘性阻尼系数c。
5－4 带粘性阻尼的单自由度系统，等效质量m = 5 kg，等效刚度k = 10 kN/m，其任意两相邻振幅比为1 :0.98，求：(a)系统的有阻尼固有频率；(b)对数衰减率；(c)阻尼系数c；(d) 阻尼比ζ．
5－5 机器质量为453.4 kg，安装时使支承弹簧产生的静变形为5.08 mm，若机器的旋转失衡为0.2308 kg ?m。求：(a) 在1200 rpm 时传给地面的力；(b) 在同一速度下的动振幅(假定阻尼可以忽略)。
5－6 如果题5－5的机器安装在质量为1136 kg的大混凝土基础上，增加基础下面弹簧的刚度使弹簧静变形为5.08 mm，则动振幅将是多少？
5－7 质量为113 kg的精密仪器通过橡皮衬垫装在基础上，基础受到频率为20 Hz、振幅为15.24 cm/s2加速度激励，设橡皮衬垫具有如下参数：k = 2802 N/cm，ζ= 0.10，问：传给精密仪器的加速度是多少？
5－8 图5－8所示的惯性激振器用来测定一重180 N结构振动特性。当激振器的转速为900 rpm 时，闪光测频仪显示激振器的偏心质量在正上方，而结构正好通过静平衡位置向上移动，此时振幅为0.01 m，若每个激振器的偏心质量矩为0.01 kg ? m (共2个)，求：(a) 结构的固有频率；(b) 结构的阻尼比；(c) 当转速为1200 rpm 时的振幅。
5－9 如图5－9所示，机器重2500 kN，弹簧刚度k = 800 kN/m，阻尼比ζ= 0.1，干扰力
6
频率与发动机转速相等。试问：(a)在多大转速下，传递给基础的力幅大于激振力幅；(b)传递力为激振力20 %时的转速是多大？
5－10 一仪器要与发动机的频率从1600 rpm 到2200 rpm 范围实现振动隔离，若要隔离85％，仪器安装在隔振装置上时，隔振装置的静变形应为多少？
5－11 如图5－11所示，悬挂系统的固有频率为0.5 Hz，箱子从0.5 m 高处落下，求所需的振荡空间。
5－12 某筛煤机的筛子以600 rpm 的频率作往复运动，机器重500 kN，基频为400 rpm。若装上一个重125 kN的吸振器以限制机架的振动，求吸振器的弹簧刚度k2
及该系统的两个固有频率。(图
5-12)
图5－8 图5－9 图5－11 图5－12
5－13 为了消除某管道在机器转速为232 rpm 的强烈振动，在管道上安装弹簧－质量系统吸振器。某次试验用调谐于232 rpm 的质量为2kg，吸振器使系统产生了198 rpm 和272 rpm 两个固有频率。若要使该系统的固有频率在160 ～320 rpm之外，问吸振器的弹簧刚度应为多少？
6－1 一根长度为L的均匀棒一端固定，另一端自由。证明标准纵向振动的频率是f = ( n + 1/2 )C / 2L,式中C ＝Eg / ρ是棒内纵向波的速度，n = 0，1，2，…。
6－2 确定一根长度为L、中央夹牢、两端自由的均匀杆扭转振动时的固有频率表达式。
6－3 转动惯矩为J 的均匀轴，两端各带一个转动惯量为J的圆盘，组成扭转振动系统。确定系统的固有频率。把均匀轴化成带有终端质量的扭转弹簧后校核系统的基频。
6－4 确定一根两端自由的均质杆横向振动时固有频率的表达式。
6－5 50?50?300 mm 的混凝土试验梁支撑在离端部0.224 L的两点上，发现1690 Hz时共振。若混凝土的密度是1530 kg / m，试确定试验梁的弹性模量，假设梁是细长的。7－1 在20 ℃的空气里，求频率为1000 Hz、声压级为0 dB 的平面声波的质点速度幅值、声压幅值及平均能量密度各为多少？如果声压级为120 dB，上述各量又为多少？为使空气质点速度达到与声速相同的数值，需要多大的声压级？
7－2 在20℃的空气里有一列平面声波，已知其声压级为74 dB，试求其有效声压、平均声能量密度与声强。
7－3 若在水中与空气中具有同样大小的平面波质点速度幅值，问水中声强将是空气中声强的多少倍？
7－4 欲在声级为120 dB 的噪声环境中通话，假定耳机在加一定声功率时在耳腔中能产生110 dB 的声压，如果在耳机外加上耳罩能隔掉20 dB 噪声，问此时在耳腔中通话信号声压比噪声大多少倍？
7－5 已知两声压幅值之比为2，5，10，100，求它们声压级之差。已知两声压级之差为
7
8
1，3，6，10dB ，求它们声压幅值之比。
7－6 20 ℃ 时空气和水的特性阻抗分别为 415 及 610481?.瑞利，计算平面声波由空气垂直入射到水面上时声压反射系数、透射系数, 以及由水面垂直入射到空气时的声压反射系数和透射系数。
7－7 某测试环境本底噪声声压级为 40 分贝, 若被测声源在某位置上产生声压级 70
dB ，试问置于该位置上的传声器接收到的总声压级为多少？如果本底噪声也为 70 dB ，则总声压级又为多少？
7－8 房间内有 n 个人各自无关地在说话，假如每个人单独说话在某位置产生L j dB 的声音, 那么 n 个人同时说话在该位置上总声压级应为多少？
7－9 如果测试环境的本底噪声级比信号声压级低 n dB ,证明由本底噪声引起的测试误差
（即指本底噪声加信号的总声压级比信号声压级高出的分贝数）为
)10
1(lg 1010n
L -
+=? (dB)
若 n = 0, 即噪声声压级与信号声压级相等，此时L ?＝？为了使L ?< 1dB ，n 至
少要多大？为了使L ?< 0 . 1dB ，n 至少要多大？ 7－10 在信号与噪声共存的声场中，总声压级为L ，已知本底噪声声压级为2L ，它们的声
压级差为22L L L -=?,证明这时信号声压级1L 比总声压级L 低
)
10
1(lg 1010
12
L L ??-
--= (dB)
8－1 已知单极子球源半径为0.01m ，向空气中辐射频率为1000Hz 的声波，设表面振速幅
值为0.05m/s ，求距球心50m 处的有效声压和声压级为多少？该源的辐射功率为多少? 8－2 空气中有一半径为 0.01 m 的单极子球源，辐射频率为 1000 Hz 的声波，欲在距球
心1 m 处得到 74 dB 声压级，问球源表面振速幅值应为多少？辐射功率应为多大？ 8－3 设一演讲者在演讲时辐射声功率m W ＝ 10-3 瓦，如果人耳听音时感到满意的最小
有效声压为 e p ＝ 0.1 帕，求在无限空间中听众离开演讲者可能的最大距离。 8－4 半径为0.005 m 的单极子球源向空气中辐射 f = 100 Hz 的声波。球源表面振速幅值
为 0.008 m/s ，求辐射声功率。若两个这样的单极子球源组成的中心相距l = 15 cm 的偶极子源（即两小球源振动相位相反），求总辐射功率。由此计算说明什么问题？
8－5 有一3
m 4710??=??z y x l l l 的矩形房间，已知室内的平均吸声系数α ＝ 0.2，求
该房间的平均自由程 d ，房间常数 R 和混响时间 60T （忽略空气吸收）。 8－6 设一点声源的声功率级为 100 dB ，放置在房间常数为 200 2m 的房间中心,求离
声源为2m 处对应于直达声场、混响声场以及总声场的声压级，其中总声级用两种方法求之, 并证明它们相等。
8－7 将一产生噪声的机器放在体积为V 的混响室中，测得室内的混响时间为T 60，以及在
离机器较远处的混响声压有效值为p e ，试证明该机器的平均辐射功率为
W p V T e
=?-1042
60
9
8－8 有一噪声很高的车间测得室内混响时间为 T 60，后来经过声学处理，在墙壁上铺上
吸声材料，室内的混响时间就降为 T 60'
。证明此车间内在声学处理前后的稳态混响
声压级差为
?L T T p =1060
60
lg()
'
8－9 有一体积为 l l l x y z ??=??301573
m 的大厅，要求它在空场时的混响时间为 2 s 。
（1）试求室内的平均吸声系数。
（2）如果希望在该大厅中达到80dB 的稳态混响声压级，试问要求声源辐射多少平
均声功率（假设声源为无指向性）？
（3）若大厅中坐满400个听众，已知每个听众的吸声量为S j α=0.5m 2
, 这时室内
的混响时间为多少？
（4）若声源的平均辐射功率维持不变，则该时室内的稳态混响声压级变为多少？ （5）此时离开声源中心3m 和10m 处的总声压级为多少？
8－10 在一房间常数为 50 m 2
的大房间中，有 102 个人分成 51 对无规则地分布在室
内（每对两人，相距为 1 m ）。开始时只有一对人在对话，双方听到对方的谈话声压级为 60 dB 。后来其余各对也进行了以相同的辐射功率的对话。这样，原先的两个对话者的对话声就被室内的语噪声所干扰，（假定谈话声源近似为无指向性的点声源）。试问： （1）此时在原先一对谈话者的地方，语噪声要比对话声高出多少分贝？
（2）为了使各自的谈话声能使对方听见，所有对话者都提高嗓门把辐射声功率提高
一倍。试问这样以后对话声与语噪声的声压级能变化吗？为什么？
（3）若对话者都互相移近在0.1m 处对话，这时对话声压级将提高多少分贝？而对话
声与语噪声的声压级差将变为多少？
9－1 一吸声材料层，要求频率在250Hz 以上时吸声系数达到 0.45 以上。如果采用容重为
20 kg m /3
的超细玻璃棉，求材料层所需的厚度。（计算时查表9－1，p. 170）。 9－2 一般壁面抹灰的房间，平均吸声系数为 0.04。如果作了吸声处理后，使平均吸声系
数提高为 0.3，计算相应的最大减噪效果。如果进一步把平均吸声系数提高为 0.5，最大降噪情况又如何？
9－3 房间墙壁厚度为 20 cm ，面密度为 ρ=20002
kg /m ，求 100 Hz 和 1000 Hz 声波的隔声量。若墙的厚度增加一倍，100Hz 声波的隔声量为多少？
9－4 设1000Hz 时，隔墙的隔声量 TL 1 为 40 dB ，窗的隔声量 TL 2 为 25 dB ，窗的面积占总面积的 10％，计算这种带窗隔墙的总隔声量 T L 。
9－5 一隔声罩以 0.4 mm 的钢板制成，内壁粘贴平均吸声系数为 0.2 的吸声层，计算隔
声罩的插入损失。设频率为 1000 Hz ，钢板密度 ρ=75003
kg /m 。
10
《动力机械振动与噪声》习题答案(部分)
1－4 m 07270max
.=x , 2max s m 14287.=x
, t = 0.1 s 1－5 0=? 0='? B A c +=
２π=? A
B tan arc ='? 22B A c +=
π=? )(0B A >='? B A c -= )(B A <='π? A B c -=
1－8 (a) 3
i
e 2π, (f) 4561i e 10。, (h) 64
0i e 5。
2－2 02323=+θθθ
l
g m k ＋ 2－4 x 为弹簧与圆柱连接点的水平位移
0)(22
322
=+x a R R k x
m ＋
2－5 0)2
(=+
x k x M
m ＋ , 2－6 θθ c L L L m L m L m 232433222211])([++++ 0)(22243=-++θθgL m k L L
2－7 设圆盘盘心水平方向的位移x 为广义坐标，x 向右为正。
0)/()(2222222121122=++++x r k b a r k x r m r m I 2－10 )4(2433L I E
2－11 22221e cos b k a k k +=α
2－12 m m n
)1(131e -+= 2－14 ??????=?????????????
?+--+????????????00)(00212
1110θθx k k R k R k R k x J m 2－15 ?
???????????--+????????????211111212100x x c c c c x x m m
???
???=????????
?
?
?
?+--+++0021433
33
21x x k k k k k k k
2－16 ?
?????=????????????--+
?
???????????002112100221221x x L m T x x
2－17设两个圆盘的转角1θ和2θ为广义坐标，顺时针为正。
?
??
???=????????????+???????????
?0022002122
2221
21
θθθθr k r k r k r k J J
2－18 ?
?????=????????????+????????????+00002222222
1θθx gl m k x
l m l
m l m m m
11
3－1
)1
14141(
4
214
321n
k k k k m f
+++=π
3－3 0332
2
=++θθθml ka m c , 2
2
n 321l
m a k f π
=
k m l
a C 332c
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3－5
t
m m k k g m t m m k k
m m h g m t x 2
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cos sin
)(2)(+-++=
3－7 mm 5674.=? , s /mm 5644max
.=x ,
s /mm 8210., mm 461.=x
3－9 设质量为m 和2m 的集中质量上下位移x 1和x 2为广义坐标，向上为正。系统静平衡时位
移为零。
m k 81.01=ω，m
k 62.22=ω
[]??
?
?
??-=46.0086.111u 3－10 m k 8972321
-=
ω , m
k 8972322+=
ω
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u 42.842
.111
3－11J
k 2222
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ω
,
J k 22222
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ω
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u ,
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{}[]{}???
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3－13 []?
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????-=1111
u ,
[]??????-=111121
m u , ??
????????-+=??????)()(2121212121x x x x y y
3－15 L m T 322R =ω, )1492R
L
m T ='ω, L m T 221≈ω
)(Dunkerley 21
21
2R 2R ω
ωωω
>>'>
12
4－1 2
22)()(ωωωc m k cA X +-=
, 1
tan 2
ω
ω?Φm k c --=-π
4－2 t s a kA a mgL k c a mL ωθθθ
co )(2
22
=-++ , 2
222)2()1()(cos )
(ωζωΦωθ+---=t mgL ka a A k
n ωωω=,L
g mL k a -
=2
2n ω )
(222mgL ka m L c
a -=
ζ, 212arctan ω
ωζΦ-=
4－5 t
F x k x
m ωβi 02i e
e =+ , 2
22)
(i 0)1(2cos e )(ηωβΦω+-=
-k F t x t
2
1arctan ω
ηΦ-=, ()m k βωω2cos = 4－9 W
kg L
v π
2=
4－10 设质量m 的位移x 为广义坐标。当x 0＝0且系统静平衡时质量m 的位置x 为零，方向向上为正。
2
2
1)
2()
1()(sin 124i i i i i t i
a a x ωξωΦωπ
+---
=∑∞
=
2
i 12arctan
i i ωωξΦ-=k
m i i 22τ
π
ω=
n
2ωξm c
=
4－11设质量m 沿斜面运动的位移为广义坐标x ，质量m 与弹簧接触时广义位移为零，向下为
正。
方程：?=+30sin g m x k x m
)cos 1(2sin )(n
n n
t k
g
m t s
g t x ωωω
-+
=
??
????
+-=π)4(arctan 2
1g m s k k m t 4－12 k t F x )/cos 1(n 0ω-= m k =n ω
4－17 k t F x )/cos 1(n 0ω-= m k =n ω 4－19 ?
????
?---=
?
???
??T J k T k k J k t
)(2)(2sin 2
2222
1ω
ωωθ
13
4－21 []???? ????????=??????-t F Z x x ωi 0121e 0Re ???
?????+--+----++-+=ωωωωωω)i(i i )i(3222322222212121c c m k k c k c k c c m k k Z 5－2 1.0=ζ, rad/s 9.19d =ω, 63.0=δ,
88.11
=+n n x x
5－402020.=δ,0032150.=ζ, rad/s 7244d .=ω Ns/m 441.=c
5－5 mm 580., N 4506T .=F
5－7 3.166 cm/s
2
5－9 (a) n < 20.7 rpm ；(b) n = 37.6 rpm 5－10 2 . 68 mm
5－12 N/m 10572?=k
rad/s 51.73rad/s;79.3521==ωω
机械振动习题及答案
机械振动 一、选择题 1. 下列4种运动（忽略阻力）中哪一种是简谐运动 （ C ） ()A 小球在地面上作完全弹性的上下运动 ()B 细线悬挂一小球在竖直平面上做大角度的来回摆动 ()C 浮在水里的一均匀矩形木块，把它部分按入水中，然后松开，使木块上下浮动 ()D 浮在水里的一均匀球形木块，把它部分按入水中，然后松开，使木块上下浮动 解析：A 小球不是做往复运动，故A 不是简谐振动。B 做大角度的来回摆动显然错误。D 由于球形是非线性形体，故D 错误。 2．如图1所示，以向右为正方向，用向左的力压缩一弹簧，然后松手任其振动。若从松手时开始计时，则该弹簧振子的初相位应为 图 一 （ D ） ()0A ()2 πB
()2 π-C ()πD 解析： 3.一质量为m 的物体挂在劲度系数为k 的轻质弹簧下面，其振动周期为T 。若将此轻质弹簧分割成3等份，将一质量为2m 的物体挂在分割后的一根弹簧上，则此弹簧振子的周期为 （ B ） ()63T A ()36T B ()T C 2 ()T D 6 解析：有题可知：分割后的弹簧的劲度系数变为k 3，且分割后的物体质量变为m 2。故由公式k m T π2=，可得此弹簧振子的周期为3 6T 4．两相同的轻质弹簧各系一物体（质量分别为21,m m ）做简谐运动（振 幅分别为21,A A ）,问下列哪一种情况两振动周期不同 （ B ） ()21m m A =，21A A =,一个在光滑水平面上振动，另一个在竖直方向上 振动 ()B 212m m =，212A A =,两个都在光滑的水平面上作水平振动 ()C 21m m =，212A A =，两个都在光滑的水平面上作水平振动 ()D 21m m =，21A A =，一个在地球上作竖直振动，另一个在月球上作 竖直振动
机械振动习题集与答案
《机械振动噪声学》习题集 1－1 阐明下列概念，必要时可用插图。 (a) 振动； (b) 周期振动和周期； (c) 简谐振动。振幅、频率和相位角。 1－2 一简谐运动，振幅为 0.20 cm，周期为 0.15 s，求最大的速度和加速度。 1－3 一加速度计指示结构谐振在 82 Hz 时具有最大加速度 50 g，求其振动的振幅。 1－4 一简谐振动频率为 10 Hz，最大速度为 4.57 m/s，求其振幅、周期和最大加速度。1－5 证明两个同频率但不同相位角的简谐运动的合成仍是同频率的简谐运动。即： A cos n t + B cos (n t + ) = C cos (n t + ' )，并讨论＝0、/2 和三种特例。 1－6 一台面以一定频率作垂直正弦运动，如要求台面上的物体保持与台面接触，则台面的最大振幅可有多大？ 1－7 计算两简谐运动x1 = X1 cos t和x2 = X2 cos ( + ) t之和。其中<< 。如发生拍的现象，求其振幅和拍频。 1－8 将下列复数写成指数A e i 形式： (a) 1 + i3 (b) 2 (c) 3 / (3 - i ) (d) 5 i (e) 3 / (3 - i ) 2 (f) (3 + i ) (3 + 4 i ) (g) (3 - i ) (3 - 4 i ) (h) ( 2 i ) 2 + 3 i + 8 2－1 钢结构桌子的周期＝0.4 s，今在桌子上放W = 30 N 的重物，如图2－1所示。 已知周期的变化＝0.1 s。求：( a ) 放重物后桌子的周期；( b )桌子的质量和刚度。 2－2 如图2－2所示，长度为 L、质量为 m 的均质刚性杆由两根刚度为k 的弹簧系住，求杆绕O点微幅振动的微分方程。 2－3 如图2－3所示，质量为m、半径为r的圆柱体，可沿水平面作纯滚动，它的圆心O 用刚度为k的弹簧相连，求系统的振动微分方程。 图2－1 图2－2 图2－3 2－4 如图2－4所示，质量为m、半径为R的圆柱体，可沿水平面作纯滚动，与圆心O距离为a 处用两根刚度为k的弹簧相连，求系统作微振动的微分方程。 2－5 求图2－5所示弹簧－质量－滑轮系统的振动微分方程。
15机械振动习题解答
第十五章 机械振动 一 选择题 1. 对一个作简谐振动的物体，下面哪种说法是正确的？( ) A. 物体在运动正方向的端点时，速度和加速度都达到最大值； B. 物体位于平衡位置且向负方向运动时，速度和加速度都为零； C. 物体位于平衡位置且向正方向运动时，速度最大，加速度为零； D. 物体处负方向的端点时，速度最大，加速度为零。 解：根据简谐振动的速度和加速度公式分析。 答案选C 。 2.下列四种运动（忽略阻力）中哪一种不是简谐振动？（ ） A. 小球在地面上作完全弹性的上下跳动； B. 竖直悬挂的弹簧振子的运动； C. 放在光滑斜面上弹簧振子的运动； D. 浮在水里的一均匀球形木块，将它部分按入水中，然后松开，使木块上下浮动。 解：A 中小球没有受到回复力的作用。 答案选A 。 3. 一个轻质弹簧竖直悬挂，当一物体系于弹簧的下端时，弹簧伸长了l 而平衡。则此系统作简谐振动时振动的角频率为（ ） A. l g B. l g C. g l D. g l 解 由kl =mg 可得k =mg /l ，系统作简谐振动时振动的固有角频率为l g m k ==ω。 故本题答案为B 。 4. 一质点作简谐振动（用余弦函数表达），若将振动速度处于正最大值的某时刻取作t =0，则振动初相?为（ ） A. 2π- B. 0 C. 2π D. π 解 由 ) cos(?ω+=t A x 可得振动速度为 ) sin(d d ?ωω+-==t A t x v 。速度正最大时有0) cos(=+?ωt ，1) sin(-=+?ωt ，若t =0，则 2 π-=?。 故本题答案为A 。 5. 如图所示，质量为m 的物体，由劲度系数为k 1和k 2的两个轻弹簧连接，在光滑导轨上作微小振动，其振动频率为 ( )
机械振动习题答案【最新】
机械振动测验 一、填空题 1、所谓振动，广义地讲，指一个物理量在它的①平均值附近不停地经过②极大值 和③极小值而往复变化。 2、一般来说，任何具有④弹性和⑤惯性的力学系统均可能产生机械振动。 3、XXXX在机械振动中，把外界对振动系统的激励或作用，①激励或输入：而系 统对外界影响的反应，称为振动系统的⑦响应或输出。 4、常见的振动问题可以分成下而几种基本课题：1、振动设计2、系统识别3、环 境预测 5、按激励情况分类，振动分为：①自由振动和②强迫振动；按响应情况分类，振 动分为：③简谐振动、④周期振动和⑤瞬态振动。 6、①惯性元件、②弹性元件和③阻尼元件是离散振动系统三个最基本的元件。 7、在系统振动过程中惯性元件储存和释放①动能，弹性元件储存和释放②势能， 阻尼元件③耗散振动能量。 8、如果振动时系统的物理量随时间的变化为简谐函数，称此振动为①简谐振 动。 9、常用的度量振动幅值的参数有：1、峰值2、平均值3、均方值4、均方根值。 10、系统的固有频率只与系统的①质量和②刚度有关，与系统受到的激励无关。 二、试证明：对数衰减率也可以用下式表示，式中％是经过〃个循环后的振幅。
利用前面给出的解 x =而一m sin皿」+ 0)可得到衰减率为 对数衰减率为 8 = 1叫=叫克=-: 气 ”=&星.…JC L=2^O今 K 知X” X” 〃1叫=/浴=1』书］/=_LiJ邑 m 口顷〃
吉轿大拳龙年工犊拳院.玉魔平 3. 有阻尼自山振动 ?对数衰减率 ?测定阻尼白山振动的 振幅衰减率是计算系 统阻尼比的一个常用 的易行方法。 ?在振动试验中，可以 测 出系统阻尼白山振 动 时的响应，求出对 数 衰减率，进而得到 系统的阻尼比。 例 2.5-2 证明对数衰减率也可用下式表示; 式中％是经过〃个循环后的振阳。并画出不同￡值下振幅减小 到50%的循坏数常。 触g 任意两相邻振幅比是 客0 孙 的 一?一——J .?.?.??,—. 勒一的一 *3 比值札/粉可以写成； 求图示振动系统的固有频率和振型。已知以=必=川，k 】=y=kq=k 。In DAE 29 札一 从此可得到要求证明的公式】 Q 2 C 4 Q. 5 。8 1. 更厄比5>￡ x I X —= ；iJ=> H = —In —1 S ' 8羽 气骨 ?*? 有
(完整版)机械振动习题答案
机械振动测验 一、 填空题 1、 所谓振动，广义地讲，指一个物理量在它的①平均值附近不停地经过②极大 值和③极小值而往复变化。 2、 一般来说，任何具有④弹性和⑤惯性的力学系统均可能产生机械振动。 3、 XXXX 在机械振动中，把外界对振动系统的激励或作用，①激励或输入；而 系统对外界影响的反应，称为振动系统的⑦响应或输出。 4、 常见的振动问题可以分成下面几种基本课题：1、振动设计2、系统识别3、 环境预测 5、 按激励情况分类，振动分为：①自由振动和②强迫振动；按响应情况分类， 振动分为：③简谐振动、④周期振动和⑤瞬态振动。 6、 ①惯性元件、②弹性元件和③阻尼元件是离散振动系统三个最基本的元件。 7、 在系统振动过程中惯性元件储存和释放①动能，弹性元件储存和释放②势 能，阻尼元件③耗散振动能量。 8、 如果振动时系统的物理量随时间的变化为简谐函数，称此振动为①简谐振动。 9、 常用的度量振动幅值的参数有：1、峰值2、平均值3、均方值4、均方根值。 10、 系统的固有频率只与系统的①质量和②刚度有关，与系统受到的激励无 关。 二、 试证明：对数衰减率也可以用下式表示，式中n x 是经过n 个循环后的振幅。 1 ln n x x n δ=
三、 求图示振动系统的固有频率和振型。已知12m m m ==，123k k k k ===。
北京理工大学1996年研究生入学考试理论力学（含振动理论基础）试题 自己去查双（二）自由度振动 J，在平面上在弹簧k的限制下作纯滚动，如图所示，四、圆筒质量m。质量惯性矩 o 求其固有频率。
五、物块M质量为m1。滑轮A与滚子B的半径相等，可看作质量均为m2、半径均 为r的匀质圆盘。斜面和弹簧的轴线均与水平面夹角为β，弹簧的刚度系数为k。 又m1 g>m2 g sinβ , 滚子B作纯滚动。试用能量法求：（1）系统的微分方程；（2）系统的振动周期。
6.机械振动习题及答案
一、 选择题 1、一质点作简谐振动，其运动速度与时间的曲线如图所示，若质点的振动按余弦函数描述，则其初相为 [ D ] （A ） 6π (B) 56π (C) 56π- (D) 6π- (E) 23 π- 2、已知一质点沿y 轴作简谐振动，如图所示。其振动方程为3cos()4 y A t π ω=+，与之对应的振动曲线为 [ B ] 3、一质点作简谐振动，振幅为A ，周期为T ，则质点从平衡位置运动到离最大 振幅 2A 处需最短时间为 [ B ] （A ）;4T (B) ;6T (C) ;8 T (D) .12T 4、如图所示，在一竖直悬挂的弹簧下系一质量为m 的物体，再用此弹簧改系一质量为m 4的物体，最后将此弹簧截断为两个弹簧后并联悬挂质量为m 的物体， 此三个系统振动周期之比为 (A);2 1 : 2:1 (B) ;2:21:1 [ C ] (C) ;21:2:1 (D) .4 1 :2:1
5、一质点在x 轴上作简谐振动，振幅cm A 4=，周期s T 2=，其平衡位置取坐标原点。若0=t 时刻质点第一次通过cm x 2-=处，且向x 轴负方向运动，则质点第二次通过cm x 2-=处的时刻为 (A);1s (B) ;32s (C) ;34 s (D) .2s [ B ] 6、一长度为l ，劲度系数为k 的均匀轻弹簧分割成长度分别为21,l l 的两部分， 且21nl l =，则相应的劲度系数1k ，2k 为 [ C ] （A ）;)1(,121k n k k n n k +=+= （B ）;11,121k n k k n n k +=+= (C) ;)1(,121k n k k n n k +=+= (D) .1 1 ,121k n k k n n k +=+= 7、对一个作简谐振动的物体，下面哪种说法是正确的 [ C ] （A ） 物体处在运动正方向的端点时，速度和加速度都达到最大值； （B ） 物体位于平衡位置且向负方向运动时，速度和加速度都为零； （C ） 物体位于平衡位置且向正方向运动时，速度最大，加速度为零； （D ） 物体处于负方向的端点时，速度最大，加速度为零。 8、 一个质点作简谐振动，振幅为A ，在起始时刻质点的位移为 A 2 1 ，且向x 轴的正方向运动，代表此简谐振动的旋转矢量图为 ［ B ］
机械振动课后习题和答案第三章习题和答案
如图所示扭转系统。设12122;t t I I k k == 1．写出系统的刚度矩阵和质量矩阵； 2．写出系统的频率方程并求出固有频率和振型，画出振型图。 解：1)以静平衡位置为原点，设12,I I 的转角12,θθ为广义坐标，画出12,I I 隔离体，根据牛顿第二定律得到运动微分方程： 111121222221()0()0t t t I k k I k θθθθθθθ?++-=?? +-=??，即：1112122222122()0 t t t t t I k k k I k k θθθθθθ?++-=??-+=?? 所以：[][]12 21 2220,0t t t t t k k k I M K k k I +-?? ??==????-???? 系统运动微分方程可写为：[][]11220M K θθθθ?????? +=????????? ? ………… (a) 或者采用能量法：系统的动能和势能分别为 θθ= +22112211 22T E I I θθθθθθθ=+-=++-222211212121221121111 ()()2222t t t t t t U k k k k k k
求偏导也可以得到[][],M K 由于12122;t t I I k k ==，所以[][]212021,0111t M I K k -???? ==????-???? 2)设系统固有振动的解为： 1122cos u t u θωθ???? =????????，代入（a ）可得： [][]12 2()0u K M u ω?? -=???? ………… (b) 得到频率方程：22 12 1 2 1 12 22()0t t t t k I k k k I ωωω--= =-- 即：224 222 121() 240t t I k I k ωωω=-+= 解得：2 1 1,22 2 (22t k I ω±= = 所以：1ω= 2ω =………… (c) 将（c ）代入（b ）可得： 1 121 2 121112 2(22)22 20(22t t t t t t k k I k I u u k k k I I ?? ±--?? ????=????????--?? ??
大学物理 机械振动习题 含答案
题图 第三章 机械振动 一、选择题 1． 质点作简谐振动，距平衡位置2。0cm 时，加速度a=4.0cm 2 /s ,则该质点从一端运动到另一端的时间为（ C ） A: B: C: D: 解： s T t T x a x a 2.242 2,2 222,22===∴==== =ππ ωπ ωω 2．一个弹簧振子振幅为2210m -?,当0t =时振子在21.010m x -=?处，且向正方向运 动，则振子的振动方程是：[ A ] A ：2210cos()m 3 x t π ω-=?-； B ：2 210cos()m 6 x t π ω-=?-； C ：2210cos()m 3 x t π ω-=?+ ； D ：2210cos()m 6 x t π ω-=?+ ； 解：由旋转矢量可以得出振动的出现初相为：3 π- 3．用余弦函数描述一简谐振动，若其速度与时间（v —t ）关系曲线如图示，则振动的初相位为：[ A ] A ：6π； B ：3π； C ：2 π ； D ：23π； E ：56 π 解：振动速度为：max 0sin()v v t ω?=-+ 0t =时，01sin 2?= ，所以06π?=或056 π?= 由知图，0t =时，速度的大小是在增加，由旋转矢量图知， 旋转矢量在第一象限内，对应质点的运动是由正最大位移向平衡位置运动，速度是逐渐增加的，旋转矢量在第二象限内，对 应质点的运动是由平衡位置向负最大位移运动，速度是逐渐减小的，所以只有06 π ?= 是符 合条件的。 4．某人欲测钟摆摆长，将钟摆摆锤上移1毫米，测得此钟每分快0。1秒，则此钟摆的摆长为（ B ） A:15cm B:30cm C:45cm D:60cm 解：单摆周期 ,2g l T π =两侧分别对T ，和l 求导，有： cm mm T dT dl l l dl T dT 3060) 1.0(21 21,21=-?-= =∴=
机械振动习题及答案
第一章 概述 1.一简谐振动,振幅为0、20cm,周期为0、15s,求最大速度与加速度。 解: max max max 1*2***2***8.37/x w x f x A cm s T ππ==== .. 2222max max max 1*(2**)*(2**)*350.56/x w x f x A cm s T ππ==== 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。(g=10m/s2) 解:.. 22max max max *(2**)*x w x f x π== ..22max max /(2**)(50*10)/(2*3.14*80) 1.98x x f mm π=== 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。 解: .max max /(2**) 4.57/(2*3.14*10)72.77x x f mm π=== 110.110T s f = == .. 2max max max *2***2*3.14*10*4.57287.00/x w x f x m s π==== 4、 机械振动按激励输入类型分为哪几类？按自由度分为哪几类？ 答:按激励输入类型分为自由振动、强迫振动、自激振动 按自由度分为单自由度系统、多自由度系统、连续系统振动
5、 什么就是线性振动？什么就是非 线性振动？其中哪种振动满足叠加原理？ 答:描述系统的方程为线性微分方程的为线性振动系统,如00I mga θθ+= 描述系统的方程为非线性微分方程的为非线性振动系统0sin 0I mga θθ+= 线性系统满足线性叠加原理 6、 请画出同一方向的两个运动:1()2sin(4)x t t π=,2()4sin(4)x t t π=合成的的振动波形 7、请画出互相垂直的两个运动:1()2sin(4)x t t π=,2()2sin(4)x t t π=合成的结果。 如果就是1()2sin(4/2)x t t ππ=+,2()2sin(4)x t t π=
机械振动练习题
1.1 一简谐振动频率为 10 Hz ，最大速度为 4.57 m/s ，求其振幅、周期和最大加速度。 1.2 证明两个同频率但不同相位角的简谐运动的合成仍是同频率的简谐运动。即： A cos ωn t + B cos (ωn t + φ) = C cos (ωn t + φ' )，并讨论 φ＝0、π/2 和 π 三种特例。 1.3 质量为m 、半径为R 的均质柱体在水平面上作无滑动的微幅滚动，在CA=a 的A 点系有两根弹性刚度系数为k 的水平弹簧，如图所示。求系统的固有频率。 1.4 在图所示的系统中，已知()b a m i k i , ,3,2,1 和=，横杆质量不计。请利用等效刚度求固有频率。 1.5 一弹簧质量系统沿光滑斜面作自由振动，如图T 2-1所示。已知，?=30α，m = 1 kg ，k = 49 N/cm ，开始运动时弹簧无伸长，速度为零，求系统的运动规律。 提示图
1.6 如图所示，重物1W 悬挂在刚度为k 的弹簧上并处于静平衡位置，另一重物2W 从高度为h 处自由下落到1W 上而无弹跳。求2W 下降的最大距离和两物体碰撞后的运动规律。 提示图 1.7 在图所示系统中，已知m ，c ，k ，0F 和ω，且t =0时，0x x =，0v x = ，求系统响应。验证系统响应为对初值的响应和零初值下对激励力响应的叠加。 1.8 如图所示，一质量m 连接在一刚性杆上，杆的质量忽略不计，求下列情况系统作垂直振动的固有频率： （1）振动过程中杆被约束保持水平位置； （2）杆可以在铅锤平面内微幅转动； （3）比较上述两种情况中哪种的固有频率较高，并说明理由。 提示图 mg l l l F 2 11 2+= x x 2 t ω W 2 W 1
机械振动 课后习题和答案 第二章 习题和答案
精选范本 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。 解：设物体质量为m ，弹簧刚度为k ，则： mg k δ= ，即：n ω== 取系统静平衡位置为原点0x =，系统运动方程为： δ ?+=? =??=?&&&00 020mx kx x x （参考教材P14） 解得：δω=()2cos n x t t
精选范本 2.2 弹簧不受力时长度为65cm ，下端挂上1kg 物体后弹簧长85cm 。设用手托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。 解：由题可知：弹簧的静伸长0.850.650.2()m =-=V 所以：7(/)n rad s ω= == 取系统的平衡位置为原点，得到： 系统的运动微分方程为：20n x x ω+=& & 其中，初始条件：(0)0.2 (0)0x x =-??=?& （参考教材P14） 所以系统的响应为：()0.2cos ()n x t t m ω=- 弹簧力为：()()cos ()k n mg F kx t x t t N ω== =-V 因此：振幅为0.2m 、周期为2()7 s π 、弹簧力最大值为1N 。
精选范本 2.3 重物1m 悬挂在刚度为k 的弹簧上并处于静平衡位置，另一重物2m 从高度为h 处自由落到1m 上而无弹跳，如图所示，求其后的运动。 解：取系统的上下运动x 为坐标，向上为正，静平衡位置为原点0x =，则当m 有x 位移时，系统有： 2 121()2T E m m x =+& 212 U kx = 由()0T d E U +=可知：12()0m m x kx ++=&& 即：12/()n k m m ω=+ 系统的初始条件为：?=??=-?+?&202012 2m g x k m x gh m m （能量守恒得：2 21201()2 m gh m m x = +&） 因此系统的响应为：01()cos sin n n x t A t A t ωω=+ 其中:ω?==??==-?+? &200 2112 2n m g A x k x m g ghk A k m m
机械振动总结复习习题及解答
欢迎阅读 1、某测量低频振动用的测振仪（倒置摆）如下图所示。试根据能量原理推导系统静平衡稳定条件。若已知整个系统的转动惯量23010725.1m kg I ??=-，弹簧刚度m N k /5.24=，小球质量 kg m 0856.0=，直角折杆的一边cm l 4=。另一边cm b 5=。试求固有频率。 k b l θθ I 0m 解：弹性势能 2 )(2 1θb k U k =, 重力势能 )cos (θl l mg U g --= 总势能 m g l m g l kb U U U g k -+=+=θθcos 2 122 代入0==i x x dx dU 可得 可求得0=θ满足上式。 再根据公式02 2>=i x x dx U d 判别0=θ位置是否稳定及其条件： 即满足mgl kb >2条件时，振动系统方可在0=θ位置附近作微幅振动。 系统的动能为 22 10θ?=I T 代入0)(=+dt U T d 可得
由0=θ为稳定位置，则在微振动时0sin ≈θ，可得线性振动方程为： 固有频率 代入已知数据，可得 2、用能量法解此题：一个质量为均匀半圆柱体在水平面上做无滑动的往复滚动，如上图所示，设圆柱体半径为R ，重心在c 点,oc=r,，物体对重心的回转体半径为L ，试导出运动微分方程。 解：如图所示，在任意角度θ（t ）时，重心c 的升高量为 ?=r （1－cos θ）=2rsin 22θ 取重心c 的最低位置为势能零点，并进行线性化处理，则柱体势能为 V=mg ?=2mg r sin 22θ ≈ 21mgr 2θ （a ） I b =I c +m bc 2=m(L 2+bc 2) （b ） bc 2=r 2+R 2-2rRcos θ(t) （c ） 而柱体的动能为 T=21 I b ? θ2 把（b ）式，（c ）式两式代入，并线性化有 T=21 m[L 2＋（R －r ）2]? θ2 （d ） 根据能量守恒定理，有 21 m[L 2＋（R －r ）2]? θ2＋21mgr 2θ=E=const 对上式求导并化简，得运动微分方程为 [L 2＋（R －r ）2]? ?θ＋gr θ=0 （e ） 3、一质量为m 、转动惯量为I 的圆柱体作自由纯滚动，圆心受到一弹簧k 约束，如图所示，求系统的固有频率。 解：取圆柱体的转角θ为坐标，逆时针为正，静平衡位置时0θ=，则当m 有θ转角时，系统有： 由()0T d E U +=可知： 解得 22/()n kr I mr ω=+（rad/s ） 4、图中，半径为r 的圆柱在半径为R 的槽内作无滑滚动，试写出系统作微小振动时的微分方程 解 1）建立广义坐标。设槽圆心O 与圆柱轴线O 1的连线偏离平衡位置的转角为广义坐标，逆时针方向为正。
4 机械振动习题详解
习题四 一、选择题 1．两个质点各自作简谐振动，它们的振幅相同、周期相同，第一个质点的振动方程为 1cos()x A t ωα=+。 当第一个质点从相对于其平衡位置的正位移处回到平衡位置时，第二个质点正在最大正位移处，则第二个质点的振动方程为 [ ] （A ）)π21cos(2++=αωt A x ； （B ）)π21 cos(2-+=αωt A x ； （C ）)π2 3 cos(2-+=αωt A x ； （D ）)cos(2π++=αωt A x 。 答案：B 解：由题意，第二个质点相位落后第一个质点相位π/2，因此，第二个质点的初相位为 π2 1-α，所以答案应选取B 。 2．劲度系数分别为k 1和k 2的两个轻弹簧串联在一起，下面挂着质量为m 的物体，构成一个竖挂的弹簧振子，则该系统的振动周期为 ［ ］ （A ）21212)(2k k k k m T +π =； （B ）) (221k k m T +π= ； （C ） 2121)(2 k k k k m T +=π； （D ）2 122k k m T +π=。 答案：C 解：两根弹簧串联，其总劲度系数2 121k k k k k += ，根椐弹簧振子周期公式，k m T π2=， 代入2 12 1k k k k k += 可得答案为C 。 3．一长为l 的均匀细棒悬于通过其一端的光滑水平固定轴上，（如图所示）， 作成一复摆．已知细棒绕通过其一端的轴的转动惯量2 3 1ml J =，此摆作 微小振动的周期为 ［ ］ （A ）g l π2； （B ）g l 22π； （C ）g l 322π； （D ）g l 3π。 答案：C 解：由于是复摆，其振动的周期公式为g l mgl J T 322222π π π === ω ，所以答案为C 。
机械振动习题及答案
第一章 概述 1．一简谐振动，振幅为，周期为，求最大速度和加速度。 解： max max max 1 *2***2** *8.37/x w x f x A cm s T ππ==== .. 2222max max max 1 *(2**)*(2**)*350.56/x w x f x A cm s T ππ==== 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。（g=10m/s2） 解：.. 22 max max max *(2**)*x w x f x π== .. 22max max /(2**)(50*10)/(2*3.14*80) 1.98x x f mm π=== 3．一简谐振动，频率为10Hz ，最大速度为s ，求谐振动的振幅、周期、最大加速度。 解： . max max /(2**) 4.57/(2*3.14*10)72.77x x f mm π=== 110.110 T s f = == .. 2max max max *2***2*3.14*10*4.57287.00/x w x f x m s π==== 4. 机械振动按激励输入类型分为哪几类按自由度分为哪几类 答：按激励输入类型分为自由振动、强迫振动、自激振动 按自由度分为单自由度系统、多自由度系统、连续系统振动
5. 什么是线性振动什么是非 线性振动其中哪种振动满足叠加原理 答：描述系统的方程为线性微分方程的为线性振动系统，如00I mga θθ+= 描述系统的方程为非线性微分方程的为非线性振动系统0sin 0I mga θθ+= 线性系统满足线性叠加原理 6. 请画出同一方向的两个运动：1()2sin(4)x t t π=，2()4sin(4)x t t π=合成的的振动波形 7.请画出互相垂直的两个运动： 1()2sin(4)x t t π=，2()2sin(4)x t t π=合成的结果。 如果是1()2sin(4/2)x t t ππ=+，2()2sin(4)x t t π=
机械振动习题集与答案解析
第一章 概述 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。 解： max max max 1 *2***2** *8.37/x w x f x A cm s T ππ==== .. 2222max max max 1 *(2**)*(2**)*350.56/x w x f x A cm s T ππ==== 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。（g=10m/s2） 解：.. 22 max max max *(2**)*x w x f x π== .. 22max max /(2**)(50*10)/(2*3.14*80) 1.98x x f mm π=== 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。 解： . max max /(2**) 4.57/(2*3.14*10)72.77x x f mm π=== 11 0.110 T s f = == .. 2max max max *2***2*3.14*10*4.57287.00/x w x f x m s π==== 4. 机械振动按激励输入类型分为哪几类？按自由度分为哪几类？ 答：按激励输入类型分为自由振动、强迫振动、自激振动 按自由度分为单自由度系统、多自由度系统、连续系统振动 5. 什么是线性振动？什么是非 线性振动？其中哪种振动满足叠加原理？
答：描述系统的方程为线性微分方程的为线性振动系统，如00I mga θθ+= 描述系统的方程为非线性微分方程的为非线性振动系统0sin 0I mga θθ+= 线性系统满足线性叠加原理 6. 请画出同一方向的两个运动：1()2sin(4)x t t π=，2()4sin(4)x t t π=合成的的振动波形 7.请画出互相垂直的两个运动： 1()2sin(4)x t t π=，2()2sin(4)x t t π=合成的结果。 如果是1()2sin(4/2)x t t ππ=+，2()2sin(4)x t t π=
3机械振动练习与答案
第三次 机 械 振 动练习 班 级 ___________________ 姓 名 ___________________ 班内序号 ___________________ 一．选择题 1．一质点做简谐振动，如振动方程为： ) cos(?ω+=t A x ，周期为T ，则当 2/ T t =时，质点的速度为： [ ] A ．?ωsin A - B ．?ωsin A C ．?ωcos A - D ．?ωcos A 2．图示为一单摆装置，把小球从平衡位置 b ，拉开一小角度 0θ至 a 点， 在 0 =t 时刻松手让其摆动，摆动规律用余弦函数表示，则在 c a →的摆动中， 下列哪个说法是正确的？ [ ] A ．a 处动能最小，相位为0θ； B ．b 处动能最大，相位为2/π； C ．c 处动能为零，相位为0θ-； D ．c b a ..三处能量相同，相位依次减少。 3．如简谐振动在 0 =t 时， 0 ,0 <>v x ，则表示该简谐振动的旋转矢量图 应该是： [ ] 4．质点沿X 轴作简谐振动,振动方程为) 2( cos 104 2ππ+?=-t x (SI)，从0=t 时刻起，到质点位置为cm x 2-=处、且向 X 轴正方向运动的最短时间间隔为： A ．s /21 B ．s /41 C ．s /61 D ．s /81 [ ] 5．质点作简谐振动，运动速度与时间 )( 1-?s m v [ ] 的曲线如图所示，若质点的运动规律用余 v 弦函数描述，则其初相位是： v 5.0 A ．6/π B ．6/5π C ．6/π- D ．6/5π- )
二．填空题 1． 简谐振动的三个基本特征量为___________、___________ 和 ___________； 它们分别取决于 _______________ 、______________ 和 ______________ 。 2． 两个同频率、同方向简谐振动的合振动为__________________，合振动的 振幅取决于_____________________________________ ，两个相互垂直的同频率的 简谐振动，其合振动的运动轨迹一般为 ______________________ ，若两分振动的频率为简单整数比．．． ，则合成运动的轨迹为 _______________________ 。 3．一弹簧振子作简谐振动，振幅为A ，周期为T ，其运动方程用余弦函数表 示，若 0 =t 时； （1）振子在正的最大位移处，则初相位为_____________； （2）振子在平衡位置向负方向运动，则初相位为_____________； （3）振子在位移为 A 5.0 处，且向正方向运动，则初相位为_____________。 4． 物块悬挂在弹簧下方作简谐振动，如物块在受力平衡位置时，弹簧的长度 比原来长l ?，则系统的周期 =T _________；当这物块的位移等于振幅的一半时， 其动能是总能量的__________（以物块的受力平衡位置为各种势能的零势能点）。 5． 一质量为 m 的物体，上端与两根倔强系数分别为 1k 和 2k 的轻弹簧相连， 如下图所示，则当物体被拉离平衡位置而释放时，物体将作简谐振动，其圆频率 =ω_______________ 、周期 =T _______________ 。 6． 设作简谐振动物体的 ~t x 曲线如图所示，则其初相位=0 ?__________ ； 位移的绝对值达最大值的时刻为： t =_________________ ；速度为最大值的时刻 为： t =________________ ；弹性势能为最大值的时刻为： t =_______________ ； 动能为最大值的时刻为： t =_________________。 第5题图 第6题图
机械振动试题(含答案)
机械振动试题(含答案) 一、机械振动选择题 1．悬挂在竖直方向上的弹簧振子，周期T=2s，从最低点位置向上运动时刻开始计时，在一个周期内的振动图象如图所示，关于这个图象，下列哪些说法是正确的是（） A．t=1.25s时，振子的加速度为正，速度也为正 B．t=1.7s时，振子的加速度为负，速度也为负 C．t=1.0s时，振子的速度为零，加速度为负的最大值 D．t=1.5s时，振子的速度为零，加速度为负的最大值 2．下列说法中不正确的是( ) A．将单摆从地球赤道移到南(北)极,振动频率将变大 B．将单摆从地面移至距地面高度为地球半径的高度时,则其振动周期将变到原来的2倍C．将单摆移至绕地球运转的人造卫星中,其振动频率将不变 D．在摆角很小的情况下,将单摆的振幅增大或减小,单摆的振动周期保持不变 3．如图所示，一端固定于天花板上的一轻弹簧，下端悬挂了质量均为m的A、B两物体，平衡后剪断A、B间细线，此后A将做简谐运动。已知弹簧的劲度系数为k，则下列说法中正确的是（） A．细线剪断瞬间A的加速度为0 B．A运动到最高点时弹簧弹力为mg C．A运动到最高点时，A的加速度为g D．A振动的振幅为2mg k 4．如图所示，质量为m的物块放置在质量为M的木板上，木板与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐振动，周期为T，振动过程中m、M之间无相对运动，设弹簧的劲度系数为k、物块和木板之间滑动摩擦因数为μ，
A ．若t 时刻和()t t +?时刻物块受到的摩擦力大小相等，方向相反，则t ?一定等于2 T 的整数倍 B ．若2 T t ?= ，则在t 时刻和()t t +?时刻弹簧的长度一定相同 C ．研究木板的运动，弹簧弹力充当了木板做简谐运动的回复力 D ．当整体离开平衡位置的位移为x 时，物块与木板间的摩擦力大小等于 m kx m M + 5．用图甲所示的装置可以测量物体做匀加速直线运动的加速度，用装有墨水的小漏斗和细线做成单摆，水平纸带中央的虚线在单摆平衡位置的正下方。物体带动纸带一起向左运动时，让单摆小幅度前后摆动，于是在纸带上留下如图所示的径迹。图乙为某次实验中获得的纸带的俯视图，径迹与中央虚线的交点分别为A 、B 、C 、D ，用刻度尺测出A 、B 间的距离为x 1；C 、D 间的距离为x 2。已知单摆的摆长为L ，重力加速度为g ，则此次实验中测得的物体的加速度为（ ） A ． 212()x x g L π- B ． 212()2x x g L π- C ． 212()4x x g L π- D ． 212()8x x g L π- 6．如图所示，弹簧的一端固定，另一端与质量为2m 的物体B 相连，质量为1m 的物体A 放在B 上，212m m =．A 、B 两物体一起在光滑水平面上的N 、N '之间做简谐运动，运动过程中A 、B 之间无相对运动，O 是平衡位置．已知当两物体运动到N '时，弹簧的弹性势能为p E ，则它们由N '运动到O 的过程中，摩擦力对A 所做的功等于（ ） A ．p E B ． 12 p E C ．13 p E D ． 14 p E 7．如图所示，弹簧下面挂一质量为m 的物体，物体在竖直方向上做振幅为A 的简谐运动，当物体振动到最高点时，弹簧正好处于原长，弹簧在弹性限度内，则物体在振动过程中 A ．弹簧的弹性势能和物体动能总和不变 B ．物体在最低点时的加速度大小应为2g
机械振动课后习题和答案第二章习题和答案
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。 解：设物体质量为m ，弹簧刚度为k ，则： mg k δ= ，即：n ω== 取系统静平衡位置为原点0x =，系统运动方程为： δ ?+=? =??=? 00020mx kx x x （参考教材P14） 解得：δω=()2cos n x t t
弹簧不受力时长度为65cm ，下端挂上1kg 物体后弹簧长85cm 。设用手托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。 解：由题可知：弹簧的静伸长0.850.650.2()m =-= 所以：9.8 7(/)0.2 n g rad s ω= = = 取系统的平衡位置为原点，得到： 系统的运动微分方程为：20n x x ω+= 其中，初始条件：(0)0.2 (0)0 x x =-?? =? （参考教材P14） 所以系统的响应为：()0.2cos ()n x t t m ω=-
弹簧力为：()()cos ()k n mg F kx t x t t N ω== =- 因此：振幅为、周期为 2()7 s π 、弹簧力最大值为1N 。
重物1m 悬挂在刚度为k 的弹簧上并处于静平衡位置，另一重物 2m 从高度为h 处自由落到1m 上而无弹跳，如图所示，求其后的运 动。 解：取系统的上下运动x 为坐标，向上为正，静平衡位置为原点 0x =，则当m 有x 位移时，系统有： 2121 ()2T E m m x =+ 212 U kx = 由()0T d E U +=可知：12()0m m x kx ++= 即：12/()n k m m ω=+
(完整版)大学机械振动课后习题和答案(1~4章总汇)
1.1 试举出振动设计、系统识别和环境预测的实例。 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1k ，2k 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eq k 为：21k k k eq += 2)它们串联时的总刚度eq k 满足： 2 1111k k k eq += 解：1)对系统施加力P ，则两个弹簧的变形相同为x ，但受力不同，分 别为： 1122 P k x P k x =??=? 由力的平衡有：1212()P P P k k x =+=+ 故等效刚度为：12eq P k k k x = =+ 2)对系统施加力P ，则两个弹簧的变形为： 11 22P x k P x k ?=??? ?=?? ，弹簧的总变形为：1212 11()x x x P k k =+=+ 故等效刚度为：122112 111 eq k k P k x k k k k ===++
1.4 求图所示扭转系统的总刚度。两个串联的轴的扭转刚度分别为1t k ，2t k 。 解：对系统施加扭矩T ，则两轴的转角为： 11 22t t T k T k θθ?=??? ?=?? 系统的总转角为： 1212 11 ( )t t T k k θθθ=+=+， 12111()eq t t k T k k θ==+ 故等效刚度为： 12 111 eq t t k k k =+
1.5 两只减振器的粘性阻尼系数分别为1c ，2c ，试计算总粘性阻尼系数eq c 1)在两只减振器并联时， 2)在两只减振器串联时。 解：1)对系统施加力P ，则两个减振器的速度同为x &，受力分别为： 1122 P c x P c x =?? =?&& 由力的平衡有：1212()P P P c c x =+=+& 故等效刚度为：12eq P c c c x = =+& 2)对系统施加力P ，则两个减振器的速度为： 11 22P x c P x c ? =????=?? &&，系统的总速度为：12 12 11()x x x P c c =+=+&&& 故等效刚度为：12 11 eq P c x c c = =+&