懸臂梁固有頻率的計算.doc
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懸臂梁固有頻率的計算 試求在處固定、處自由的等截面懸臂梁振動的固有頻率(求解前五階)。 解:法一:歐拉-伯努利梁理論 懸臂梁的運動微分方程為:; 懸臂梁的邊界條件為: 該偏微分方程的自由振動解為,將此解帶入懸臂梁的運動微分方程可得到,;其中 將邊界條件(1)、(2)帶入上式可得,;進一步整理可得;再將邊界條件(3)、(4)帶入可得;要求有非零解,則它們的系數(shù)行列式必為零,即 所以得到頻率方程為:;該方程的根表示振動系統(tǒng)的固有頻率:滿足上式中的各()的值在書P443表8.4中給出,現(xiàn)羅列如下:;若相對于的值表示為,根據(jù)式中的,可以表示為;因此由此可得到懸臂梁的前五階固有頻率,分別將n=1,2,3,4,5帶入可得: ; 法二、鐵摩辛柯梁梁理論 1.懸臂梁的自由振動微分方程: ; 邊界條件:; 設(shè)方程的通解為:;易知邊界條件(1)滿足此通解,將通解帶入上面的微分方程可得到頻率方程為:;其中;若轉(zhuǎn)動慣量與剪切變形的影響均忽略,上式的頻率方程簡化為;當(dāng)n=1,2,3,4,5時可分別求得固有頻率為: 多自由度系統(tǒng)頻率的計算方法 等效質(zhì)量:連續(xù)系統(tǒng)懸臂梁簡化為5個相等的集中質(zhì)量。 1.鄧克萊法 鄧克萊公式為: ,其中,;將其代入上式可求得系統(tǒng)的基頻為:,此基頻比用伯努利-歐拉梁求得的一階固有頻率偏小,誤差為17.42%,與鄧克萊法的推導(dǎo)預(yù)期相符。 2. 瑞利法 系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和柔度矩陣分別為 取靜變形曲線為假設(shè)陣型,設(shè)有 所以,此基頻比用伯努利-歐拉梁求得的一階固有頻率偏大,誤差為15.23%,與瑞利法的推導(dǎo)預(yù)期相符。 3. 里茨法 系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣和剛度矩陣由上面給出,設(shè)陣型為 則可求出分別為 將代入得;可以求得: ,;以及; 所以系統(tǒng)前兩階主陣型的近似為 4. 雅克比法 動力矩陣為,由雅可比法求解其特征值和特征向量為:其固有頻率 ,陣型為- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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