理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)

..1/31《理論力學(xué)試驗(yàn)》講義前 言實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。填寫試驗(yàn)報(bào)告、撰寫小論文和交習(xí)作的形式進(jìn)展。2、動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定試驗(yàn)3、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算機(jī)模擬仿真試驗(yàn)。第一項(xiàng)試驗(yàn) 靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)創(chuàng)應(yīng)用試驗(yàn)1、通過大量工業(yè)產(chǎn)品和科技成果向?qū)W生展現(xiàn)《理論力學(xué)》的工程意義和工程應(yīng)用，開闊學(xué)生的眼界。2、通過學(xué)生對(duì)大量工業(yè)產(chǎn)品和科技成果的觀看分析，通過學(xué)生動(dòng)手操作，加深對(duì)《理論力學(xué)》根本概念的理解，穩(wěn)固力學(xué)分析方法的把握。3、培育、訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)思維，提高、熬煉他們建立力學(xué)模型的力量。..10/311240〔一〕靜力學(xué)局部〔一〕曲柄滾輪擠水拖把的受力分析與過程2，應(yīng)用虛位移原理可以得出FDFB的關(guān)系。F F

sin

OA[1 OAcos ]D B OD

OA2sin二者的過程關(guān)系如以下圖：〔二〕桑塔那汽車用的千斤頂受力分析與自鎖條件GFF1 2

。進(jìn)一步，利用虛位移原理，可以求得手柄作用力F：MGEF

M,Fd當(dāng)螺紋升角小于摩擦角〔m〕時(shí)，千斤頂還將發(fā)生自鎖現(xiàn)象：〔三〕膨脹螺釘?shù)膽?yīng)用技術(shù)與約束反力分析如圖，膨脹螺釘?shù)募s束反力是一空間力系：FN越大，靜摩擦力也越大。〔四〕管子鉗的受力分析與剪刀鉗的受力分析管子鉗的設(shè)計(jì)充分利用了力學(xué)原理：〔五〕兔子撓骨抗扭強(qiáng)度測(cè)試儀——空間力偶等效理論的應(yīng)用測(cè)試儀利用空間力偶等效理論，對(duì)以下圖的撓骨進(jìn)展扭矩和轉(zhuǎn)角的試驗(yàn)：得到二者的關(guān)系如圖：其中右圖為扭矩和愈合天數(shù)的關(guān)系曲線圖?！擦惩诰驒C(jī)部件的受力分析與求解各油缸的推力或拉力敏捷、正確的選取爭(zhēng)論對(duì)象是求解靜力學(xué)問題的訣竅，如下圖的挖掘機(jī)受力分析：〔七〕靜、動(dòng)滑動(dòng)摩擦因數(shù)的測(cè)定裝置利用圖示測(cè)定裝置可以測(cè)定材料靜、滑動(dòng)摩擦因數(shù)：簡(jiǎn)化得到力學(xué)模型：利用臨界條件和newton定律可以求得靜、動(dòng)摩擦因數(shù)。〔八〕壓延機(jī)的摩擦因數(shù)問題壓延機(jī)的壓延厚度和摩擦因數(shù)有關(guān)。如下圖，要使得壓延產(chǎn)生，必需使合力向右，進(jìn)而可以求得厚度和因數(shù)的關(guān)系：剝毛豆機(jī)是一應(yīng)用實(shí)例?！簿拧郴瑒?dòng)摩擦不自鎖——自動(dòng)關(guān)門的搖皮該設(shè)計(jì)同樣應(yīng)用了自鎖原理，當(dāng)升角〔或傾角〕不小于摩擦角時(shí)，機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)靜平衡?！彩撤箚栴}與起重機(jī)的穩(wěn)定度這是典型的平面平行力系的平衡問題，利用臨界條件，可以求出平衡塊的限重和穩(wěn)定度：〔十一〕螺旋壓榨機(jī)或螺旋拔銷爪利用虛位移原理，可以求出主動(dòng)力M和反作用力F之間的關(guān)系：r為螺旋半徑，為螺紋升角。

F 1 Mrtan〔十二〕桁架在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與計(jì)算工程實(shí)際中的橋梁設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用了理論力學(xué)的學(xué)問：A．拱橋材料一般為脆性材料，單個(gè)構(gòu)件受到平面匯交力系作用：桁架構(gòu)造橋構(gòu)件受到平面匯交力系或一般力系的作用，應(yīng)用節(jié)點(diǎn)法或截面法可以求解：以下圖為一跨珩架在自重和一般載荷作用下的受力圖：懸索橋懸索上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)為一平面匯交力系作用點(diǎn)：斜拉橋E．大路橋必需指出，以上各種橋梁除了需要進(jìn)展靜力平衡分析外，還需要進(jìn)展動(dòng)力計(jì)算，如模態(tài)分析，固有頻率計(jì)算等。〔十三〕應(yīng)力集中概念、空間杠桿原理和彎曲技術(shù)在磁磚切割機(jī)上的綜合應(yīng)用瓷磚切割機(jī)綜合應(yīng)用了材料力學(xué)中的應(yīng)力集中、理論力學(xué)中的杠桿原理和彎曲技術(shù)：〔二〕運(yùn)動(dòng)學(xué)局部〔一〕計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)器變角速度的掌握驅(qū)動(dòng)器中包含有渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)、摩擦傳動(dòng)和凸輪緊固等。為保證線速度不變，在信號(hào)承受點(diǎn)不斷變動(dòng)的狀況下，驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)盤的角速度也是時(shí)變的：〔二〕旋轉(zhuǎn)式、往復(fù)式剃須刀的比較，曲柄框架機(jī)構(gòu)與外殼振動(dòng)掌握的技術(shù)以下圖為剃須刀的示意圖，其中包括可剃須區(qū)和不行剃須區(qū)：應(yīng)用曲柄框架機(jī)構(gòu)，將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)榈镀钠絼?dòng)，明顯比上面的旋轉(zhuǎn)式更為合理和有效：為了避開振動(dòng)，可以實(shí)行兩種方法：一是在曲柄上裝偏心塊；二是承受兩排運(yùn)動(dòng)方向相反的動(dòng)刀片?！踩惩仆翙C(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與分析OABC〔四〕多功能萬花尺——?jiǎng)傮w平面運(yùn)動(dòng)時(shí)，平面圖形上各點(diǎn)有不同的軌跡小齒輪作平面運(yùn)動(dòng)，各個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡不同?！参濉硠兙€鉗的運(yùn)動(dòng)特征機(jī)構(gòu)把剝線的兩個(gè)過程統(tǒng)一起來?！擦程暗泥蔽琛骋魳沸膫鲃?dòng)機(jī)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)分析跳舞鞋利用剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)理論中的多級(jí)齒輪傳動(dòng)和凸輪傳動(dòng)，左右兩只鞋的凸輪設(shè)計(jì)成相位差45〔七〕繞線器的轉(zhuǎn)速比與圈數(shù)指示器〔八〕懸浮平衡與氣流速度測(cè)定儀利用懸浮力和流速的關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)〔八〕懸浮平衡與氣流速度測(cè)定儀利用懸浮力和流速的關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)懸浮平衡和物料輸送，還可以測(cè)定流速?！簿拧巢恍幸娸S轉(zhuǎn)速的測(cè)定方法利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)把轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)槠絼?dòng)的特點(diǎn)，可以通過測(cè)定平動(dòng)的加速度來確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。〔十〕評(píng)估房屋抗震特性的方法與分析通過安裝加速度傳感器的方法來模擬地震，進(jìn)而設(shè)計(jì)減震器?！踩硠?dòng)力學(xué)局部〔一〕非均質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)搖桿對(duì)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的等效方法均質(zhì)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量求法與誤差分析Joz

1mr22

T mgr2從線性振動(dòng)微分方程推導(dǎo)，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得出的計(jì)算公式：Joz經(jīng)過驗(yàn)證，擺長(zhǎng)對(duì)于測(cè)量誤差有重要影響〔越長(zhǎng)精度越高。等效方法

( )22 l在物體為非均質(zhì)的狀況下，假設(shè)a〔b〕，而后一種情形的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是可以計(jì)算得到的。高科技上的拓寬應(yīng)用〔二〕拳擊機(jī)拳擊力的標(biāo)定方法——?jiǎng)恿W(xué)普遍定理的綜合應(yīng)用與恢復(fù)系數(shù)利用動(dòng)能定理、動(dòng)量定理和碰撞理論中恢復(fù)系數(shù)的定義，可以求出拳擊力和恢復(fù)系數(shù)：mmmm1 22gl(1mmmm1 22gl(1cos )1m gt0 1 2u u2 1vv1 2eu u2 1vv1 2〔三〕單自由度振動(dòng)系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用A．復(fù)擺應(yīng)用在“小爬蟲”上使一個(gè)貧困村致富B．音樂的節(jié)拍器搖擺周期和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的平方根成正比。C．電視塔用一串單擺掌握“風(fēng)振”利用11得塔振動(dòng)產(chǎn)生的能量由單擺消退，到達(dá)掌握“風(fēng)振”的目的。D．扭振減振器掌握曲軸振動(dòng)減震器的頻率設(shè)計(jì)和曲軸的頻率一樣，使得曲軸系統(tǒng)的局部能量轉(zhuǎn)化為減震器的能量，從而削減了曲軸的震驚，提高了使用壽命。〔四〕汽車振動(dòng)兩自由度模型汽車在鉛直平面的振動(dòng)可以簡(jiǎn)化為二自由度系統(tǒng)的模型：其兩個(gè)主振型如圖：〔五〕質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量定理的演示圖示的彈性球系在抱負(fù)狀況下滿足動(dòng)能守恒和動(dòng)量守恒：〔六〕振動(dòng)電機(jī)及其在工程中的應(yīng)用這是一種型電機(jī)，它將動(dòng)力源和振動(dòng)源合在一起，能產(chǎn)生可變的激振力：以上是兩種振動(dòng)電機(jī)。〔七〕平衡的四個(gè)問題靜力不平衡靜力平衡動(dòng)力不平衡動(dòng)力平衡〔八〕振動(dòng)產(chǎn)生美麗動(dòng)聽的音樂A．吉它琴的弦振動(dòng)依據(jù)上圖可以寫出數(shù)理方程，進(jìn)一步求出振動(dòng)頻率。B．八音琴的梁振動(dòng)利用勢(shì)能－動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化和振動(dòng)理論設(shè)計(jì)的八音琴：C．汽車?yán)鹊哪ふ駝?dòng)〔九〕隔振理論及各種隔振器確定性振動(dòng)的隔振理論隔振的兩種方法——主動(dòng)隔振和被動(dòng)隔振：各種減振器及應(yīng)用121WORDAUTOCAD1000A4紙打印。期末考試之前交。3..24/31其次項(xiàng)試驗(yàn) 動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定試驗(yàn)一.試驗(yàn)?zāi)康?23、熬煉分析力量、試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)力量和試驗(yàn)操作力量。12三.試驗(yàn)容123456四.試驗(yàn)要求1、認(rèn)真觀看“理論力學(xué)多功能試驗(yàn)臺(tái)ZME－1型介紹”光盤，了解六個(gè)試驗(yàn)的具體容、使用儀器及操作步驟。做好試驗(yàn)前的預(yù)備工作。234理論力學(xué)多功能試驗(yàn)臺(tái)ZME－1型試驗(yàn)報(bào)告班級(jí) 學(xué)號(hào) 日期 一、試驗(yàn)前的預(yù)備工作1ZME－1〔15..使用儀器及操作步驟。2、觀看理論力學(xué)試驗(yàn)〔一〕的噴墨板，了解六個(gè)試驗(yàn)的容與方法。二、按序進(jìn)展六個(gè)試驗(yàn)，并記錄數(shù)據(jù)〔三學(xué)時(shí)左右〕1砝碼重W〔N〕W＝11W＝2砝碼重W〔N〕W＝11W＝22W＝33W＝44l〔mm〕剛度k W/l 〔N/m〕eq

11k /meqf 〔Hz〕o電壓〔V〕80100120140160電壓〔V〕80100120140160180200轉(zhuǎn)速〔rpm〕風(fēng)速〔m/s〕振幅〔mm〕風(fēng)速轉(zhuǎn)速 〕電壓〔 風(fēng)速〔/31積木塊331積木塊懸吊法對(duì)組合型鋼懸吊兩次，圖示出重心位置出連桿重量WF FN1 N2

(N)26/..27/31FxFC

N1lW

(cm)4〔示意圖〕F〔N〕漸加

F〔N〕沖擊t(s) t(s)F〔N〕突加

t(s)

F〔N〕振動(dòng)t(s)5l對(duì)測(cè)量誤差的影響：圓盤直徑，D=100(mm)，厚度5.3(mm)，材料比重7.5g/cm3，吊線半徑r=38mm。圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的理論計(jì)算Jo1M(D)2 (kgm2)2 2J(T2)Mgr2

J 通過秒表測(cè)量三線擺周期，按公式O

2 l

計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ＝O

(kgm2)線長(zhǎng)l〔cm〕 20J(kgm2)O誤差〔％〕

30 40 50 60 706、用等效方法求非均質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量選擇誤差可承受的三線擺線長(zhǎng)60c，等效用圓柱直徑d＝20mm，高h(yuǎn)＝18mm，材料比重7.4 g/cm3，兩個(gè)圓柱對(duì)中心軸轉(zhuǎn)112

sm( )2]2S〔mm〕T〔s〕J(kgm2)O

30 40 50 60測(cè)量與兩個(gè)圓柱等重的非均質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂的扭振周期T＝ (s)應(yīng)用上表及插入法求得搖臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J＝ (kgm2)O三、請(qǐng)簡(jiǎn)述通過這次試驗(yàn)的收獲1、如何利用現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置與配件，演示受迫振動(dòng)？2、四種不同載荷分別作用于同一座橋上時(shí)，哪一種最擔(dān)憂全？3、分析發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂質(zhì)心與軸心相距較大時(shí)，對(duì)試驗(yàn)精度的影響。4、請(qǐng)簡(jiǎn)述通過這次試驗(yàn)的收獲。第三項(xiàng)試驗(yàn) 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)計(jì)算機(jī)模擬仿真試驗(yàn)一、 試驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)、把握靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模擬仿真方法。23、學(xué)習(xí)培育工程問題的力學(xué)建模力量、力學(xué)模型的創(chuàng)設(shè)計(jì)力量。二、 試驗(yàn)工具12三、 試驗(yàn)容1、靜平衡分析：定義構(gòu)造，自由度分析，仿真計(jì)算，確定構(gòu)造的平衡位形。2、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析：定義構(gòu)造、參考基和約束，自由度分析，仿真計(jì)算，以數(shù)據(jù)、曲線和動(dòng)畫輸出分析結(jié)果。3、動(dòng)力學(xué)分析：定義構(gòu)造、參考基和約束，定義載荷，自由度分析，仿真計(jì)算，以數(shù)據(jù)、曲線和動(dòng)畫輸出分析結(jié)果。四、 試驗(yàn)步驟1靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析分別以*.xy〔*.x*.hx〕22.1圖形單位：千米、米、分米、厘米〔默認(rèn)〕或毫米。2.2圖幅定義：默認(rèn)值為1600×1600。原點(diǎn)定義：慣性基基點(diǎn),〕ab向下為正值。圖形放大或縮小3定義物體輸入外形參數(shù)〔長(zhǎng)度和高度，構(gòu)件的位形〔連體基基點(diǎn)位置和姿勢(shì)角。定義鉸滑移鉸：鉸號(hào)、參考點(diǎn)坐標(biāo)、方向角θB、外接物體B。β α旋轉(zhuǎn)鉸：鉸號(hào)、參考點(diǎn)坐標(biāo)。齒輪副：鉸號(hào)、接物體號(hào)β、接節(jié)園半徑R、接物體x軸到連心線的轉(zhuǎn)角ψ〔逆時(shí)針方β β向、接物體轉(zhuǎn)軸在該物體連體基上的坐標(biāo)(a，b)；外接物體號(hào)α、外接節(jié)園半徑R、外接物Q Q α體x軸到連心線的轉(zhuǎn)角ψ〔逆時(shí)針方向、外接物體轉(zhuǎn)軸位置(a，b)。目前軟件僅供給外接齒α P P輪類型。α、齒輪半徑R、參α線轉(zhuǎn)角〔逆時(shí)針方向、齒輪軸位置(a P P β針方向、嚙合點(diǎn)位置(a，b)。Q Q副和齒輪-齒條副參數(shù)項(xiàng)，再點(diǎn)擊繪圖板區(qū)域中的支座，然后在彈出的對(duì)話框中的步驟來定義。定義力元〔運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中無此項(xiàng)〕βa，b)、在外接物體上的位置(a，Q Q PPb)，彈簧原長(zhǎng)，彈簧特性中的參數(shù)選擇。P外載〔運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中無此項(xiàng)〕軟件當(dāng)前僅供給四種外載荷類型：重力、集中力、分布力合力偶。重力：重力加速度的大小和方向。集中力：受力物體號(hào)、力的作用點(diǎn)在該物體連體基的坐標(biāo)(a，b)、力的大小、力的方向與x軸的夾角α以及該軸所屬的參考基〔慣性基或連體基。11分布力：受力物體號(hào)、力的作用區(qū)域〔a，a兩端載荷集度。11力偶：受力物體號(hào)、大小。鉸參數(shù)的修改點(diǎn)擊系統(tǒng)參數(shù)菜單中鉸參數(shù)修改項(xiàng)，再點(diǎn)擊繪圖區(qū)域中的物體，將依次彈出該物體上全部鉸參數(shù)對(duì)話框，即可修改鉸參數(shù)。4運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模塊：計(jì)算過程：參數(shù)設(shè)定、自由度分析、構(gòu)形數(shù)據(jù)恢復(fù)、計(jì)算。結(jié)果輸出：動(dòng)畫仿真、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)表格、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)曲線。動(dòng)力學(xué)分析模塊：計(jì)算過程：參數(shù)設(shè)定、自由度分析、構(gòu)形數(shù)據(jù)恢復(fù)、計(jì)算。結(jié)果輸出：動(dòng)畫仿真、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)表格、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)曲線、抱負(fù)約束力數(shù)據(jù)表格、