机械振动分析的Matlab／Simulink仿真研究
Matlab作业Simulink 振动仿真
山东大学Matlab 课程作业学院：机械工程学院专业：姓名：学号：基于Simulink 仿真的振动学问题解决实例1. 单自由度无阻尼自由振动仿真 表达式： 仿真框图：参数设置：k=100N/m m=4kg 初始状态：初速度为0 初始位移为5 仿真结果：kx x m-=2. 简谐波形的里沙茹图形分析 仿真框图：参数设置：K=100 m=4→5=n ωrad/sSin wave 参数设置：Amplitude1 ;Frequency 5 10 15 初始状态：①10=x 00=v →φ=︒90 ②00=x 10=v →φ=︒0 ③0x =1, 0v =5→φ=45；④0x=1, 0v=−5→φ=135；⑤0x=0, 0v=−1→φ=180XY Graph参数x-min -2; x-max 2;y-min -2; y-max 2Frequency 5时仿真结果：Frequency 10时仿真结果：Frequency 15时仿真结果：3. 单自由度有阻尼自由振动表达式： 仿真框图：k c x x xm m =--参数设置：令k=100，m=10，c=10初始状态：初始速度为0，位移为1仿真结果：4.衰减振荡的阻尼比的估计参数：k=100，m=10, c=2初始条件：x0=1, v0=0仿真图框：初始振幅为1，约7个周期时衰减为0.25，对数减幅：δ=(ln4)/7≈0.099阻尼比§≈δ/2 ≈0.032理论值§= 0.5c(km)−0.5≈0.0325.单自由度有阻尼+正弦激励表达式： 令激励则方程变形为 参数设置： 令k=4，m=1，c=0.2 初始状态：初始速度为0，位移为0.05 仿真框图：仿真结果：()f t c kx x xm m m=--()2sin(2/3)f t t π=+2sin(2/3)t c k x x xm m mπ+=--6.利用速度共振的里沙茹图进行固有频率和阻尼系数分析仿真框图：改变激励频率：=1.2；1.6；1.8；1.9；1.95；2；2.05；2.1；2.2等7.两自由度无阻尼系统自由振动 表达式：2112111132222122()()k k x x x x m m k k x x x x m m ⎧=--⎪⎪⎨⎪=---⎪⎩参数设置：m1=1，m2=2 k1=1，k2=1，k3=2 初始状态：①速度0，m1、m2位移均为1②速度0，m1位移1，m2位移−0.5③速度0，m1位移1，m2位移0 仿真结果：①②③。
基于MATLAB的机械振动分析研究
2018年第1期时代农机TIMES AGRICULTURAL MACHINERY第45卷第1期Vol.45No.12018年1月Jan.2018作者简介：刘鸿智（1988-），男，辽宁沈阳人，硕士研究生，助教，主要研究方向：机械设计及理论、机械制造。
基于MATLAB 的机械振动分析研究刘鸿智(,458030)摘要：矩阵工厂的应用是在关于机械振动的问题应用，这说明矩阵实验室的应用可以用来解决一些在机械振动方面的比较复杂的计算和作图等问题，并且很方便且高效。
矩阵实验室对解决机械振动方面的问题有着很多的作用。
所以说，在一些机械振动方面的问题解决可以大力推广矩阵实验室的使用。
矩阵实验室对机械振动的一些系统理论的分析或研究有着一些特定的步骤。
一些系统运用矩阵实验室软件中的数值积分法来对该系统作出分析。
矩阵实验室软件可以用来计算也可以用来编程，在一些问题的提出和表达通常会采用数学描述方法来对一些机械振动的问题进行计算，而不是用传统的语言程序进行处理。
这样会使矩阵实验室成为一些应用程序得到良好的开发。
关键词：机械振动；MATLAB 软件；分析矩阵实验室是对于机械振动问题处理及数值计算的分析软件。
这个软件可以将一些数值及函数调用出来，对相关问题进行运算，这种特征对一些机械振动中经常会遇到的问题及所需要的公式计算提供较为便捷的途径及可以比较方便的去对机械振动涉及到的问题进行计算。
因此对于机械专业并且在学习机械振动又换问题过程中应当采用矩阵实验室软件，使得部分专业人员能够使用矩阵实验室软件进而对专业理论知识进行有效研究，也可以利用矩阵实验室软件来解决机械振动实际上所存在的问题。
机械振动是一个比较普遍的现象，是通过物体的来回运动而使物体发生位移等物理运动。
矩阵实验室软件的出现给一些工程问题的研究与解决带来了很大程度上的方便。
在其它应用软件的使用过程中，一些数值计算的问题可能没有那么容易操作，可能一些数据也没有那么可视化，而矩阵实验室相比之下有很大的改善，给一些机械问题带来很多的便利。
基于Simulink的振动模态分析
基于Simulink的振动模态分析引言振动模态分析是一种常用的工程分析方法，用于研究结构体在不同频率下的振动特性和模态。
本文将介绍如何使用Simulink软件进行振动模态分析。
Simulink简介Simulink是一种基于模型的设计和仿真工具，常用于解决动态系统建模和仿真问题。
该软件提供了丰富的工具箱，便于用户搭建模型和进行模拟实验。
振动模态分析步骤1. 结构体建模：首先，需要将待分析的结构体进行建模。
在Simulink中，可以使用各种元件来描述结构体的物理特性，例如质量、弹性等参数。
2. 模态分析设置：在建模完成后，可以设置模态分析的参数，包括分析频率范围、模态数量等。
这些参数会影响模态分析的精度和计算效率。
3. 模型求解：通过在Simulink中运行模型求解器，可以得到结构体在不同频率下的振动模态。
求解过程可以得到每一个模态对应的频率、振型和阻尼比等信息。
4. 结果分析：最后，可以对求解得到的振动模态进行进一步分析和可视化。
比如，可以绘制模态频率与振型的关系图，用于评估结构体的振动特性。
模态分析应用领域振动模态分析在工程领域有着广泛的应用。
它可以帮助工程师了解结构体的固有振动特性，从而优化设计和改进结构体的性能。
在航空航天、汽车工程、建筑设计等领域，振动模态分析被广泛应用于结构体的优化和故障诊断。
结论通过Simulink软件进行振动模态分析是一种简单而高效的方法。
它可以帮助工程师更好地理解结构体的振动特性，并在实际工程项目中起到重要作用。
在使用Simulink进行振动模态分析时，合理设置参数和精确分析结果对于获得准确的振动特性信息尤为重要。
Simulink机械振动仿真
③
：分子分母为多项式形式的传递函数。 双击该模块，弹出传递函数的参数对话框，设置框图中的参 数后，该传递函数显示如下：
：零极点增益形式的传递函数。 双击该模块，弹出传递函数的参数对话框，设置框图中 的参数后，该传递函数显示如下：
Math 库 该库包含描述一般数学函数 的模块。双击 即弹出右 图。 该库中模块的功能就是 将输入信号按照模块所 描述的数学运算函数计 算，并把运算结果作为 输出信号输出。
[说明]若不设置仿真参数,则采用Simulink缺省设置.
1 Simulink 基本操作
1.3 系统仿真运行 1. Simulink模型窗口下仿真 步骤 ③ 仿真运行和终止：在模型窗口选取菜单【Simulation: Start】， 仿真开始，至设置的仿真终止时间，仿真结束。若在仿真过程 中要中止仿真，可选择【Simulation: Stop】菜单。也可直接点 击模型窗口中的 （或 ）启动（或停止）仿真。
Simulink下的机械振动仿真
主要内容如下：
1 2 3 4 Simulink基本操作 基本模块 系统仿真 Simulink仿真举例
Simulink 中的“Simu”一词表示可用于计算机仿真，而 “Link”一词表示它能进行系统连接，即把一系列模块 连接起来，构成复杂的系统模型。作为MATLAB的一 个重要组成部分，Simulink由于它所具有的上述的两大 功能和特色，以及所提供的可视化仿真环境、快捷简 便的操作方法，而使其成为目前最受欢迎的仿真软件 。 介绍Simulink的基本功能和基本操作方法，并通过举例 介绍如何利用Simulink进行系统建模和仿真。
当设置幅值为0.8,阶跃时间 为1秒时，阶跃波形如下图 所示：
Sinks 库
基于MATLAB的机械工程模拟仿真研究
基于MATLAB的机械工程模拟仿真研究近年来，随着计算机和仿真技术的不断发展，基于MATLAB的机械工程模拟仿真研究逐渐成为了一个热门的领域。
这项技术可以帮助工程师们在设计和优化机械系统时更加准确地预测系统的性能，提高工作效率和质量。
一、背景和介绍机械工程模拟仿真是通过计算机模拟和解析机械系统的动态和静态特性，以实验和验证设计方案的可行性和优化性能。
它允许工程师在真正制造和测试原型之前对机械系统进行多次虚拟试验，大大减少了实验成本和时间。
二、MATLAB在机械工程仿真中的应用MATLAB是一种非常强大且灵活的工具，可以用于各种工程领域的数值计算和仿真研究。
在机械工程中，MATLAB可以用来建立机械系统的数学模型，并通过数值计算方法来求解和分析这些模型。
例如，可以使用MATLAB来解决机械系统的动力学和静力学问题，计算系统的运动轨迹和速度加速度等参数。
三、机械系统的建模和仿真在进行机械系统的建模和仿真时，首先需要对系统进行几何分析和运动分析，在MATLAB中使用相应的工具和函数来描述系统的几何特征和运动规律。
然后，根据现实世界中的物理规律，构建机械系统的数学模型和运动方程。
有了这些模型和方程，可以使用MATLAB的数值计算工具来模拟和分析机械系统的动态特性。
例如，可以通过求解非线性常微分方程组来得到机械系统的运动轨迹和状态变量。
四、机械系统的优化和设计除了模拟和分析机械系统的动态特性之外，基于MATLAB的仿真还可以用于机械系统的优化和设计。
通过改变系统的参数和约束条件，可以利用MATLAB的优化工具来寻找最优的设计方案。
例如，可以通过最小化机械系统的重量或最大化其工作效率来确定最佳设计。
五、仿真结果的验证与分析仿真结果的验证和分析是机械工程仿真研究的重要环节。
通过与实际测试结果进行对比，可以验证仿真模型和方法的准确性和可靠性。
同时，还可以对仿真结果进行进一步分析，以了解系统的性能特点和优化潜力。
Matlab作业Simulink 振动仿真
山东大学Ｍatｌａb 课程作业学院：机械工程学院专业：姓名:学号:基于Simｕｌink仿真得振动学问题解决实例1.单自由度无阻尼自由振动仿真表达式：仿真框图：参数设置：k=1０0N/m m＝4kｇ初始状态：初速度为0 初始位移为５仿真结果：2.简谐波形得里沙茹图形分析仿真框图：参数设置：K=100m＝４→raｄ／ｓSin wａve参数设置：Ａｍplｉtｕde1 ；Fｒeqｕencｙ 5 １０15初始状态：①→φ=②→φ=③＝１，=5→φ=45；④＝1，＝−5→φ=135;⑤＝0,=−1→φ=１80ＸY Graph参数x-mｉn －2；x-max 2；y－min—2; y-ｍａx 2Frｅquency 5时仿真结果:Ｆrｅquenｃy 1０时仿真结果：Ｆreｑｕency 15时仿真结果：3.单自由度有阻尼自由振动表达式:仿真框图：参数设置：ﻫ令k=１00,m＝１0，ｃ=10 初始状态：ﻫ初始速度为0，位移为1仿真结果：４、衰减振荡得阻尼比得估计参数：ｋ=1００,m=10，c=２初始条件:x0=1，v0＝0仿真图框：初始振幅为1，约7个周期时衰减为０、25,对数减幅：δ＝（ｌn４）/７≈0、０99阻尼比§≈δ/2≈0、0３2理论值§＝0、5c(km)−0、5≈0、０325、单自由度有阻尼+正弦激励表达式：令激励则方程变形为参数设置：令k=４，ｍ=1，c=０、2初始状态：ﻫ初始速度为0,位移为0、０5 仿真框图：仿真结果：6、利用速度共振得里沙茹图进行固有频率与阻尼系数分析仿真框图:改变激励频率：=1、２；1、6;1、8；１、9;１、95；2；2、05;2、1;2、2等7、两自由度无阻尼系统自由振动表达式:参数设置:m1=１，m2=2 k１=1,ｋ2=1，k３=2初始状态:①速度0，ｍ1、m2位移均为１②速度0，m１位移1，m2位移−0、5③速度0,m1位移1，m2位移0 仿真结果：①②③。
基于MATLAB_Simulink再生车削颤振仿真研究
试验在 C2 － 50HK /1 型数控机床上进行，图 2 为实验 图片及 X、Y 方向的频率响应函数（ FRF） 。进行多次
试验取均值后获得该机床刀具系统模态参数见表 1。
图 2（ a） 中 b 为刀具，该刀具经过重新设计，将三
向力传感器，即 a 安装进刀具，使其能够实时记录车
削过程的切削力，并计算切削力系数，同时为以后颤
Key words： cylindrical turning； impact testing； model testing； numerical simulation
1引言
机械加工过程中的颤振是由于切削过程内部激 发反馈而引起的，属于自激振动。颤振会导致工件表 面质量下降，加剧刀具及机床的磨损，产生大量噪声， 降低生产率。人们对颤振进行了大量的研究，这些研 究可分为三个方面，分别是是颤振机理研究，颤振监 测及颤振抑制［1］。颤振的有效抑制是以一个能正确 描述切削颤振过程的数学模型为基础的，所以颤振机 理的研究是是整个颤振研究的基石。颤振抑制及监 测都需要对现有模型进行深入研究，才能选择合适的 控制策略 及 监 测 方 法，实 现 研 究 目 的［2］。 笔 者 将 借 助于 MATLAB / Simulink 对再生型外圆车削颤振进行 仿真研究。首先建立了二自由度的颤振模型，理论分 析了颤振极限切深，随后通过锤击法进行模态测试， 获得了仿真过程所必须的参数，通过对仿真结果的分 析，获得了一些有意义的成果。
（ 11）
由式（ 7） 、（ 10） 联立可得：
F（ iω） = w（ 1 － ue －iωτ） AG（ iω） F（ iω）
（ 12）
·24·
上式可写为： ［I － w（ 1 － ue －iωτ ） AG（ iω） ］F（ iω） = 0 （ 13）
Simulink机械振动仿真
1 Simulink 基本操作
1.2 建立Simulink仿真模型 d) 模块调整 改变模块位置、大小； 改变模块方向 使模块输入输出端口的方向改变。选中模块后，选取菜 单Format→RotateBlock，可使模块旋转900。
按快捷键Ctrl+R结果相同。
1.2 建立Simulink仿真模型 e) 模块参数设置 用鼠标双击指定模块图标，打开模块对话框，根据对话框栏 目中提供的信息进行参数设置或修改。 例如双击模型窗口的传递函数模块，弹出图示对话框， 在对话框中分别输入分子、分母多项式的系数，点击OK 键，完成该模型的设置，如右下图所示：
5.
Signals & Systems 库 ① ：信号分路器 。
② 将混路器输出的信号依照原来的构成方法分解成多路信号 。 ：信号汇总器 将多路信号依照向量的形式混合成一路信号。
(a)
(b)
2.2 Simulink环境下的仿真运行 1. 仿真参数对话框 点击Simullink模型窗simulation菜单下的Parameters命令，弹出仿真 参数对话框如右图所示。它共有5页，用得较多的主要是Solver页 和Workspace I/O页。 ① Solver页 Simulation time （ 仿 真 时 间）: 设置Start time（仿真 开始时间）和Stop time（仿 真终止时间）可通过页内编 辑框内输入相应数值，单位 “秒”。另外，用户还可以 利用Sinks库中的Stop模块来 强行中止仿真。
1 Simulink 基本操作 利用Simulink进行系统仿真的步骤是： ① 启动Simulink，打开Simulink模块库 ② 打开空白模型窗口； ③ 建立Smulink仿真模型； ④ 设置仿真参数，进行仿真； ⑤ 输出仿真结果。