单自由度系统的固有角频率

单自由度系统的固有角频率

质量为m的物体作简谐运动的角频率ωn称固有角频率(或固有圆频率)。其与弹性构件刚度K的关系可由下式计算:

18-022-02-1                  (式1)

固有频率fn为:                18-022-02-2                (式2)

表弹性构件的刚度已列出弹性构件的刚度,若其受力点的参振质量为m,将两者代入(式1)即可求得各自的角频率。表1、表2列出典型的固有角频率,按刚度可直接算得的不一一列出

表1

序号

系统形式

系统简图

固有角频率ωn/rad·s-1

1

一个质量一个弹簧系统

b18d2d7a

18-022-02-3

若计弹簧质量ms:

18-022-02-4

K——弹簧刚度,N/m;m——刚体质量,kg;ms——弹簧分布质量,kg;δ——静变形量,m;g——重力加速度,g=9.81m/s2

2

两个质量一个弹簧的系统

b18d2d7b

18-023-1

3

质量m和刚性杆弹簧系统

b18d2d7c

不计杆质量时:

18-023-2

若计杠杆质量ms时,则

18-023-3

4

悬臂梁端有集中质量系统

b18d2d7d

18-023-4

E——弹性模量,Pa;J——截面惯性矩,m4

5

杆端有集中质量的纵向振动

b18d2d7e

18-023-6

式中,β由下式求出

18-023-7

ρV——体积密度,kg/m3

6

一端固定、另一端有圆盘的扭转轴系

b18d2d7f

18-023-8

7

两端固定、中间有圆盘的扭转轴系

b18d2d7g

18-023-10

G——变模量,Pa;Jp——截面极惯性矩,m4

8

单摆

b18d2d7h

18-023-11

9

物理摆

b18d2d7i

18-024-1

l——摆重心至转轴中心的距离,m

ρ——摆对质心的回转半径,m

10

倾斜摆

b18d2d7j

18-024-2

11

双簧摆

b18d2d7k

18-024-3

12

倒立双簧摆

b18d2d7l

18-024-4

13

杠杆摆

b18d2d7m

18-024-5

δ——弹簧静变形,m

14

离心摆(转轴中心线在振动物体运动平面中)

b18d2d7n

18-024-6

n——转轴转速,r/min

15

离心摆(转轴中心线垂直于振动物体运动平面)

b18d2d7o

18-024-7

16

圆柱体在弧面上做无滑动的滚动

b18d2d7p

18-024-8

17

圆盘轴在弧面上做无滑动的滚动

b18d2d7q

18-025-1

ρ——振动体回转半径,m

18

两端有圆盘的扭转轴系

b18d2d7r

18-025-2

节点N的位置:

18-025-3

19

质量位于受张力的弦上

b18d2d7s

18-025-4

若计及弦的质量ms

18-025-5

20

一个水平杆被两根对称的弦吊着的系统

b18d2d7t

18-025-6

ρ——杆的回转半径,m

21

一个水平板被三根等长的平行弦吊着的系统

b18d2d7u

18-025-7

ρ——板的回转半径,m

22

只有径向振动的圆环

b18d2d7v

18-025-8

ρV——密度,kg/m3

23

只有扭转振动的圆环

b18d2d7w

18-025-9

Jx——截面对x轴的惯性矩,m4

Jp——截面的极惯性矩,m4

24

有径向与切向振动的圆环

B18d2d7x

n=2    n=3    n=4

18-025-10

n——节点数的一半

A——圆环圈截面积,m2

Ja——截面惯性矩,m4

表2                   管内液面及空气柱振动的固有角频率

序号

系统形式

简图

固有角频率ωn/rad·s-1

1

等截面U形管中的液柱

b18d2d8a

18-026-01-1

g——重力加速度,g=9.81m/s2

2

导管连接的两容器中液面的振动

b18d2d8b

18-026-01-2

A1、A2、A3——分别为容器1、2及导管的截面积,m2

3

空气柱的振动

b18d2d8c

18-026-01-3

两端闭an=π、2π、3π、…

两端开an=π、2π、3π、…

18-026-01-4

p——空气压强,Pa;

ρ——空气密度,kg/m3