[發(fā)明專(zhuān)利]一種簡(jiǎn)支梁振動(dòng)實(shí)驗(yàn)演示儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611072113.8
• 申請(qǐng)日: 2016-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106448364B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 厲子寧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 厲子寧
• 主分類(lèi)號(hào): G09B23/10
• 分類(lèi)號(hào): G09B23/10
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司37221
• 代理人: 趙敏玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于物理教學(xué)用具領(lǐng)域，尤其涉及一種簡(jiǎn)支梁振動(dòng)實(shí)驗(yàn)演示，屬于教學(xué)實(shí)驗(yàn)用具。

背景技術(shù)

在物理教學(xué)過(guò)程中，一般采用彈簧振子的模型對(duì)單自由度物體的振動(dòng)進(jìn)行演示。對(duì)于無(wú) 限自由度物體的振動(dòng)，一般通過(guò)簡(jiǎn)支梁或懸臂梁進(jìn)行演示。

無(wú)限自由度物體振動(dòng)過(guò)程中，其固有頻率和主振型是描述振動(dòng)的兩個(gè)重要參數(shù)，其只與 結(jié)構(gòu)本身的性質(zhì)有關(guān)，反應(yīng)了結(jié)構(gòu)的固有屬性。所謂主振型就是振動(dòng)體上各點(diǎn)在同一時(shí)刻的 振動(dòng)位移比，其各階主振型對(duì)應(yīng)其各階固有頻率。從理論上來(lái)說(shuō)，無(wú)限多自由度物體具有無(wú) 限多個(gè)固有頻率和對(duì)應(yīng)的主振型，而無(wú)限多自由度物體的任何振動(dòng)，都可以通過(guò)無(wú)窮多個(gè)主 振型的疊加來(lái)表達(dá)。而實(shí)際中，往往只考慮前幾階振型，因?yàn)榍皫纂A振型在疊加中影響最大， 后面的多階振型影響較小在實(shí)際中往往不考慮。

如果對(duì)梁體的外界激振力頻率正好等于梁體的某階固有頻率，梁體會(huì)參生共振，其振動(dòng) 的振動(dòng)形態(tài)接近其對(duì)應(yīng)的主振型。在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中往往通過(guò)在梁體發(fā)生共振時(shí)，對(duì)激振力的激 振頻率進(jìn)行讀取來(lái)得到梁體的固有頻率，通過(guò)對(duì)共振時(shí)梁體各測(cè)點(diǎn)的位移進(jìn)行測(cè)量，從而得 到其對(duì)應(yīng)主振型。

由于簡(jiǎn)支梁在振動(dòng)過(guò)程中，各點(diǎn)振幅較小且振動(dòng)過(guò)程中速度較快，很難直觀的對(duì)各階振 型進(jìn)行觀察。現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)中，往往通過(guò)應(yīng)變傳感器對(duì)各點(diǎn)的位移進(jìn)行記錄，將記錄數(shù)據(jù)在坐標(biāo) 上繪制成對(duì)應(yīng)主振型圖形，從而方便觀察，而這種觀察方式由于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了中間處理缺少 直觀性。本發(fā)明中，通過(guò)將簡(jiǎn)支梁的位移振幅放大，方便對(duì)各階振型進(jìn)行直觀觀察從而加深 對(duì)無(wú)限自由度物體振動(dòng)的理解，同時(shí)，通過(guò)對(duì)各種振動(dòng)下梁體振動(dòng)形態(tài)的對(duì)比，便于教學(xué)中 對(duì)模態(tài)疊加的講解。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種簡(jiǎn)支梁實(shí)驗(yàn)演示儀，其通過(guò)放大簡(jiǎn)支梁的位移振動(dòng)，在教學(xué)過(guò)程中 對(duì)簡(jiǎn)支梁的振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行演示。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種簡(jiǎn)支梁振動(dòng)實(shí)驗(yàn)演示儀，包括實(shí)驗(yàn)箱，設(shè)置于實(shí)驗(yàn)箱中的梁體，梁體兩端設(shè)置支座， 支座對(duì)梁體進(jìn)行簡(jiǎn)支固定，梁體側(cè)面設(shè)置有實(shí)驗(yàn)箱底板，梁體上表面設(shè)置有激振器，激振器 通過(guò)自身振動(dòng)向梁體提供振動(dòng)激振力。梁體在激振力作用下，在實(shí)驗(yàn)箱底板所在平面內(nèi)上下振動(dòng)。

所述實(shí)驗(yàn)箱底板上固定有多根位移顯示槽，顯示槽為設(shè)置在底板內(nèi)的矩形槽體，槽體內(nèi) 設(shè)置有鐵砂粉，梁體側(cè)面固定有多塊突出的凸齒，位移顯示槽的位置與梁體凸齒位置相對(duì)應(yīng)， 梁體凸齒大小與顯示槽內(nèi)徑相匹配，凸齒插入位移顯示槽內(nèi)。

在物體振動(dòng)過(guò)程中，振動(dòng)物體在回復(fù)力為零的位置被稱(chēng)為初始位置，梁體在無(wú)外界激振 時(shí)靜止時(shí)所處位置被即為平衡位置，位移顯示槽所對(duì)應(yīng)的平衡位置設(shè)置有電磁線圈，電磁線 圈通電后帶有磁性，將位移顯示槽內(nèi)的鐵砂粉向平衡位置吸引。

作為優(yōu)選，所述梁體為Q235鋼板制作，梁體截面為矩形結(jié)構(gòu)，所述梁體凸齒為輕質(zhì)塑料 材料。將梁體凸齒減輕，減少了其不規(guī)則突出對(duì)梁體振型的影響。

作為優(yōu)選，每根梁體上方至少設(shè)置有一個(gè)激振器，激振器在梁體上的設(shè)置位置可調(diào)節(jié)。 箱體外設(shè)置控制器對(duì)激振器的振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

作為優(yōu)選，所述梁體凸齒沿梁體軸向均勻分布，每根梁體上至少設(shè)置有七塊凸齒。

作為優(yōu)選，鐵砂粉中加入彩色顏料，便于對(duì)鐵砂粉的移動(dòng)進(jìn)行觀察。

作為優(yōu)選，所述試驗(yàn)箱中設(shè)置有多個(gè)梁體，通過(guò)多個(gè)梁體的同時(shí)振動(dòng)，對(duì)其振型進(jìn)行對(duì) 比，同時(shí)，通過(guò)梁體在多個(gè)激勵(lì)的下響應(yīng)對(duì)模態(tài)疊加的原理進(jìn)行演示。

作為優(yōu)選，所述實(shí)驗(yàn)箱的箱底部設(shè)置有四個(gè)調(diào)平螺絲，調(diào)平螺絲分布在實(shí)驗(yàn)箱底部四角， 通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲保持實(shí)驗(yàn)室箱在實(shí)驗(yàn)中的水平。

作為優(yōu)選，所述實(shí)驗(yàn)箱箱蓋上設(shè)置有反光鏡，反光鏡對(duì)底板的振動(dòng)圖像進(jìn)行反射，通過(guò) 反光鏡對(duì)實(shí)驗(yàn)箱底板上的梁體振動(dòng)進(jìn)行觀察，方便教學(xué)中的演示。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于平衡位置電磁線圈的吸引，當(dāng)梁靜止時(shí)，鐵砂粉聚集在平衡位置，當(dāng) 梁體發(fā)生振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)梁體側(cè)面的凸齒同時(shí)運(yùn)動(dòng)，凸齒在位移顯示槽中將平衡位置的鐵砂粉 向運(yùn)動(dòng)方向彈出，振幅最大位置處的梁體凸齒將鐵砂粉彈離平衡位置最遠(yuǎn)，因此位移顯示槽 中的鐵砂粉將梁體的振動(dòng)位移放大顯示，使實(shí)驗(yàn)中能清晰的觀察出梁體各位置的振動(dòng)位移。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)保持實(shí)驗(yàn)箱體的水平放置，保持實(shí)驗(yàn)箱底板上各位移顯示槽的水平，以 減少重力對(duì)鐵砂粉運(yùn)動(dòng)的影響。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)將梁體上的激振器取出，及時(shí)蓋合實(shí)驗(yàn)箱 箱蓋，通過(guò)箱蓋將位移顯示槽蓋合，以防止位移顯示槽中的鐵砂粉灑出。