关于弹簧质量系统的讨论

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1、r/-mmkyM不计瓦的重力,旋转载荷为F=/zi2r2sin^X+%),方便起见,可令初相位为零,得到:F=zn2r2sin^,取静平衡位置为位移零点,建立关于A/的运动方程:Mx+cx--kx=m2r2sincot=FQsincot解得:X(Z)=^ksin(6(X-(Z>)「/2"2f1-co、+2^—1、(0COL/2+X,exp(-^a)t)sin(^/l-cont+碎)所以:■/2"2f1-co+2^—、⑴n)exp(-如)sin(7l_O,+咏)可以看出,加速度中包含两种频率成分:激励的频率和系统的同有频率(

2、实际上是由冲击载荷得到的频率,在无阻尼的时候等于固有频率,在有阻尼的时候略小于固有频率)当时间稍长,自由振动即可认为大幅衰减,可以不考虑,只剩下激励频率。不论哪种变换,对于激励频率仍所对应的幅值,都应该有:Xoc「Z2-2Z1-0)、+2^—■UJ、叭)0)2有损伤时,即认为是叫发生变化,由泰勒展开取一阶近似可得COOC,Vco即:设固有频率为20Hz,即人二20Hz,a)ft=2(=125.67-126对于单自由度的弹簧质量系统,不妨令W=lkg,可以得到:k=mcon2=15876N/m设阻尼比(二0.1,则cr=2mw252,

3、c=.=25.2,注意,阻尼不发生变化是指c不发生变化,而不是阻尼比不发生变化下面讨论能使岡有频率降低的两种情况:降低刚度或者增加质量(1)降低刚度保持质量和阻尼比不变,刚度减少5%,即么=0.95A=15082N/m此时,〜='^~=122.8Vm(2)增加质量保持刚度和阻尼比不变,质量增加5%,即m,=1.05kg对于加速度频响:画出频响函数:intactdecreasekincreasem0501001502002503000可以看出频响函数的变化很小,尤其是形状的变化。对于多自由度系统,例如,一个三自由度的弹簣质量系统,考察刚度

4、减少对其各点原点频响函数的影响。不妨假设mx-m2=w3=lkg刚度为么=11000N/m人=12000N/m人=10000N/m比例阻尼系数分别为a=0.5,(3=0.002(注意:如果阻尼过大的话会导致看不见共振频率所形成的波峰)系统的微分方程可以直接写出:Zm,A)f•’Aj+众2—k,/A)<0)m2••x2+C+—k,,众2+々3-k3又2—0^3>一々3k3>求固有频率,即解矩阵的特征值,可以得到:69,=47.1,仞2=127.7,693=191即乂二7.5Hz,./2=20.3Hz,=30.4Hz对应振型为:"0

5、.33、<0.69、f0.64'病=0.58為=0.39水=-0.72、0.74;「0.61?、0.27、各阶模态质量,模态刚度,模态阻尼分别为=mr3=lkgZ:rl=2204N/m,Z:/.2=16317N/m,Z:r3=36502N/mc,=4.9kg/s,c2=33.5kg/s,c3=73.5kg/s所以,由Jkr-co^mr+j(ocr可得原点频响函数:0.116920.486?0.41仞2H''—2204-仍2+4.9y仍+16317-必2+33.5jTy+36502-co2+13.5jco0.34仍20.15仞20.52仞

6、22204-or+4.9j(o16317-692+33.5)6936502-or+13.5jcorT0.55仍20.37ty20.07仍2H飞飞=11;2204-仍2+4.9./仞16317-仍2+33.5jeo36502-仍2+13.5jco画出原点频响函数幅频曲线:可以看出各原点频响函数有所不同,对于高阶的共振峰,由于阻尼的变大导致很小明显。下面对三种情况的损伤进行讨论:(1)么减少5%,BPk,=10450N/m则固有频率变为:co{=46.4,o)2=126.7,=190.4即./;=7.4Hz,/2=20.2Hz,/3=30.

7、3Hz对应振型为:’0.34、'0.70>’0.63、0.58,伞1二0.37,么=-0.73、0.74;-0.6L/、0.28、各阶模态质量,模态刚度,模态阻尼分别为mr}=mr2=mr3-lkg々H=2155N/m人2=16031N/m,^.3=36544N/mCj=4.8kg/s,c2=32.6kg/s,c3=73.6kg/s所以,由};=kr-ormr+jcocr画出原点频响函数幅频曲线:(2)么减少5%,即众2=11400N/m则向有频率变为:69,=46.7,仞2=127.5,ty3=188.1即./;=7.4Hz,/2=

8、20.3Hz,/3=29.9Hz对应振型为:"0.33'f0.70、f0.63A=0.58為=0.38,么=-0.72、0.74;^-0.60;、0.28〉各阶模态质量,模态刚度,模态阻尼分别为mr[=mr

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