固有频率和阻尼的测量
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构成机械振动系统的基本要素有惯性、恢复性和 阻尼。惯性就是能使系统当前运动持续下去的性质， 恢复性就是能使系统位置恢复到平衡状态的性质， 阻尼就是能使系统能量消耗掉的性质。这三个基本 要素通常分别由物理参数质量M、刚度K和阻尼C 表征。
第二节 机械振动的类型
系统仅受到初始条件(初始位移、初始速 度)的激励而引起的振动称为自由振动， 系统在持续的外作用力激励下的振动称 为强迫振动．自由振动问题虽然比强迫 振动问题单纯但自由振动反映了系统内 部结构的所有信息，是研究强迫振动的 基础．
d2y dt 2
2n
dy dt
2n y
2nY0
sin(t
)
Y0为质量块上作用有静力F0时的静位移
Y0 =F0/k
y(t)=Ysin(t- -)
式中：
振幅 Y=
Y0
2
1
(
n
)2
4 2 ( )2 n
2( )
相位差：
=arctan
[1
(
n )2 ]2 4 2(
)2
n
n
第二节 振动的激励和激振器
根据第一章的讨论，如果知道了系统的 输入(激励)和输出(响应)，就可以求出系 统的数学模型，也即动态特性。振动系 统测试就是求取系统输入和输出的一种 试验方法。
为了完成上述测试任务，一般说来测试 系统应该包括下述三个主要部分：
冲击是单个脉冲。 特点：过程突然发生，持续时间短，能
量很大。通常它由零到无限大的所有频 率的谐波分量构成。
5. 随机振动
没有确定的周期，振动量与时间也无一 定的关系。
实例
机器与基础的振动
单自由度系统的受迫振动
1. 由作用在质量块上的力所引起的受迫振动
外加干扰力：f (t) F0 sin(t )
(3)无阻尼自由振动的周期为
T 1 2 m
fn
k
(4)自由振动的振幅X和初相角由初始条件所确定。 (5)单自由度无阻尼系统的自由振动是等幅振动。
有阻尼系统的自由振动
mx(t) Hale Waihona Puke Baidux(t) kx(t) 0
x(t
)
2n
x(t
)
2 n
x(t
)
0
式中：
n
通解为：
k , c c m 2mn 2 mk
激振器
单自由度系统
在简化模型中，振动体的位置或形 状只需用一个独立坐标来描述的系 统称为单自由度系统。
单自由度无阻尼自由振动系统
以弹簧振子为例得出普遍结论：
动力学特征
k
F合 kx
由 F合 ma kx
运动学特征
a k x 2 x
m 微分方程特征
o x
k
m
d2x dt 2
第一节 振动的概念
从狭义上说，通常把具有时间周期性的运动称为振动。
从广义上说，任何一个物理量在某一数值附近作周期
性的变化，都称为振动。
力学量（如位移）
机械振动
电磁量（如I 、V、 E、 B） 电磁振动
机械振动
机械振动是物体在一定位置附近所作的周期性往
复的运动。 机械振动系统，就是指围绕其静平衡位置作来回往 复运动的机械系统，单摆就是一种简单的机械振动 系统。
2 x
0
位移
解
d2x dt 2
2 x
0
x Acos( t )
可得 振动方程
速 度 v dx A sin(t ) A cos(t )
dt
2
加速度 a dv A 2 cos(t ) A 2 cos(t )
dt
1x
0.5
a v
-0.5
2
4
6
t
8
10
12
14
-1
常数A和 的确定
x Acos( t ) v dx Asin( t )
dt
x0 Acos v0 A sin
A＝
x02
v0
2
tg v0 x0
说明： (1) 一般来说 的取值在－π和 π(或0和2π)之间； (2) 在应用上面的式子求 时， 一般来说有两个值，还要由初 始条件来判断应该取哪个值； (3)常用方法：由
A＝
x02
v0
2
求A，然后由
x0=Acos v0=-Aωsin 两者的共同部分求 。
(1)单自由度无阻尼系统的自由振动是以正弦或余弦 函数或统称为谐波函数表示的，故称为简谐振动，
(2)自由振动的角频率即系统的自然频率仅由系统本 身的参数所确定，而与外界激励、初始条件等均无 关．
m d 2 y c d ( y x) kx 0
dt 2
dt
假设基础运动x(t)=Xsint, 则稳态振动的解：
y(t)=Ysin(t- )
1+4 2( )2
振幅：Y=X
n
[1 ( )2 ]2 4 2( )2
n
n
相位：
2 ( )3
＝arctan
1
(
n )2
n
振幅放大因子：M
1
2
1
(
n
)2
4 2 ( )2 n
1.不管系统的阻尼比是多少，在
n
1
时位
移始终落后于激励力90o现象，称为相位共振。
2.
率
2. 由基础运动所引起的受迫振动
在许多情况下，振动系统的受迫振动是由基础的运动所 引起的。这种情况称位移激励。设基础的绝对位移为x(t)， 质量块m的绝对位移为y(t)，如图所示。考察质量块M对 基础的相对运动，则M的相对位移的(y-x)。其运动方程 为：
x(t) Xest
s1,2 ( 2 1)n
2. 复合周期振动
复合周期振动是由两个或两个以上的频 率之比为有理数的简谐振动复合而成。
3. 准周期振动
准周期振动是由频率比不全为有理数的 简谐振动叠加而成。
4. 瞬态振动、冲击
瞬态振动是指在极短时间内仅持续几个 周期的振动。
1)激励部分
实现对被测系统的激励(输入)，使系统发生振 动。它主要由激励信号源、功率放大器和激 振装置组成。
2)拾振部分
检测并放大被测系统的输入、输出信号，并 将信号转换成一定的形式(通常为电信号)。它 主要由传感器、可调放大器组成。
3)分析记录部分
将拾振部分传来的信号记录下来供以后分析 处理或直接近行分析处理并记下处理结果。 它主要由各种记录设备和频谱分析设备组成。
第二节 机械振动的类型
系统仅受到初始条件(初始位移、初始速 度)的激励而引起的振动称为自由振动， 系统在持续的外作用力激励下的振动称 为强迫振动．自由振动问题虽然比强迫 振动问题单纯但自由振动反映了系统内 部结构的所有信息，是研究强迫振动的 基础．
d2y dt 2
2n
dy dt
2n y
2nY0
sin(t
)
Y0为质量块上作用有静力F0时的静位移
Y0 =F0/k
y(t)=Ysin(t- -)
式中：
振幅 Y=
Y0
2
1
(
n
)2
4 2 ( )2 n
2( )
相位差：
=arctan
[1
(
n )2 ]2 4 2(
)2
n
n
第二节 振动的激励和激振器
根据第一章的讨论，如果知道了系统的 输入(激励)和输出(响应)，就可以求出系 统的数学模型，也即动态特性。振动系 统测试就是求取系统输入和输出的一种 试验方法。
为了完成上述测试任务，一般说来测试 系统应该包括下述三个主要部分：
冲击是单个脉冲。 特点：过程突然发生，持续时间短，能
量很大。通常它由零到无限大的所有频 率的谐波分量构成。
5. 随机振动
没有确定的周期，振动量与时间也无一 定的关系。
实例
机器与基础的振动
单自由度系统的受迫振动
1. 由作用在质量块上的力所引起的受迫振动
外加干扰力：f (t) F0 sin(t )
(3)无阻尼自由振动的周期为
T 1 2 m
fn
k
(4)自由振动的振幅X和初相角由初始条件所确定。 (5)单自由度无阻尼系统的自由振动是等幅振动。
有阻尼系统的自由振动
mx(t) Hale Waihona Puke Baidux(t) kx(t) 0
x(t
)
2n
x(t
)
2 n
x(t
)
0
式中：
n
通解为：
k , c c m 2mn 2 mk
激振器
单自由度系统
在简化模型中，振动体的位置或形 状只需用一个独立坐标来描述的系 统称为单自由度系统。
单自由度无阻尼自由振动系统
以弹簧振子为例得出普遍结论：
动力学特征
k
F合 kx
由 F合 ma kx
运动学特征
a k x 2 x
m 微分方程特征
o x
k
m
d2x dt 2
第一节 振动的概念
从狭义上说，通常把具有时间周期性的运动称为振动。
从广义上说，任何一个物理量在某一数值附近作周期
性的变化，都称为振动。
力学量（如位移）
机械振动
电磁量（如I 、V、 E、 B） 电磁振动
机械振动
机械振动是物体在一定位置附近所作的周期性往
复的运动。 机械振动系统，就是指围绕其静平衡位置作来回往 复运动的机械系统，单摆就是一种简单的机械振动 系统。
2 x
0
位移
解
d2x dt 2
2 x
0
x Acos( t )
可得 振动方程
速 度 v dx A sin(t ) A cos(t )
dt
2
加速度 a dv A 2 cos(t ) A 2 cos(t )
dt
1x
0.5
a v
-0.5
2
4
6
t
8
10
12
14
-1
常数A和 的确定
x Acos( t ) v dx Asin( t )
dt
x0 Acos v0 A sin
A＝
x02
v0
2
tg v0 x0
说明： (1) 一般来说 的取值在－π和 π(或0和2π)之间； (2) 在应用上面的式子求 时， 一般来说有两个值，还要由初 始条件来判断应该取哪个值； (3)常用方法：由
A＝
x02
v0
2
求A，然后由
x0=Acos v0=-Aωsin 两者的共同部分求 。
(1)单自由度无阻尼系统的自由振动是以正弦或余弦 函数或统称为谐波函数表示的，故称为简谐振动，
(2)自由振动的角频率即系统的自然频率仅由系统本 身的参数所确定，而与外界激励、初始条件等均无 关．
m d 2 y c d ( y x) kx 0
dt 2
dt
假设基础运动x(t)=Xsint, 则稳态振动的解：
y(t)=Ysin(t- )
1+4 2( )2
振幅：Y=X
n
[1 ( )2 ]2 4 2( )2
n
n
相位：
2 ( )3
＝arctan
1
(
n )2
n
振幅放大因子：M
1
2
1
(
n
)2
4 2 ( )2 n
1.不管系统的阻尼比是多少，在
n
1
时位
移始终落后于激励力90o现象，称为相位共振。
2.
率
2. 由基础运动所引起的受迫振动
在许多情况下，振动系统的受迫振动是由基础的运动所 引起的。这种情况称位移激励。设基础的绝对位移为x(t)， 质量块m的绝对位移为y(t)，如图所示。考察质量块M对 基础的相对运动，则M的相对位移的(y-x)。其运动方程 为：
x(t) Xest
s1,2 ( 2 1)n
2. 复合周期振动
复合周期振动是由两个或两个以上的频 率之比为有理数的简谐振动复合而成。
3. 准周期振动
准周期振动是由频率比不全为有理数的 简谐振动叠加而成。
4. 瞬态振动、冲击
瞬态振动是指在极短时间内仅持续几个 周期的振动。
1)激励部分
实现对被测系统的激励(输入)，使系统发生振 动。它主要由激励信号源、功率放大器和激 振装置组成。
2)拾振部分
检测并放大被测系统的输入、输出信号，并 将信号转换成一定的形式(通常为电信号)。它 主要由传感器、可调放大器组成。
3)分析记录部分
将拾振部分传来的信号记录下来供以后分析 处理或直接近行分析处理并记下处理结果。 它主要由各种记录设备和频谱分析设备组成。