悬臂梁自身重力对振动实验的影响

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国内外学者在悬臂梁结构的动力学行为的理论和实验研究方面取得了一些研究成果,在实验研究中,大多数学者采用纵向放置的悬臂梁结构。但是在压电振动发电技术中,往往使用横向放置的悬臂梁结构,那么,悬臂梁放置方位的不同是否对结构的振动有影响?这是一个需要研究的科学问题。本文通过研究悬臂梁横向与纵向放置的不同,分析悬臂梁自重对结构振动的影响。实验所用的材料为铝合金直梁。悬臂梁的基础端作用简谐激励,在相同激励幅值情况下,通过调节外激励频率,计算振幅的相对偏差率,研究悬臂梁自身重力对系统振动的影响,分析重力的影响是否可以在一定范围内被忽略。在相同激励幅值情况下,通过调整悬臂梁外伸长度,研究不同长度悬臂梁的固有频率。在相同激励幅值情况下,保持悬臂梁外伸长度不变,通过调节外激励频率,分析悬臂梁的自重对系统动力学行为的影响。实验结果表明,悬臂梁振幅的绝对偏差率随着悬臂梁外伸长度的增大而递增。当铝合金悬臂梁的厚度为0.8mm,长宽比小于6:1时,梁的振幅偏差率小于2.4%,此时在计算悬臂梁的振幅或者研究悬臂梁的振动响应时,可以忽略重力对系统振动的影响。那么,当悬臂梁放置方位不同时,重力对悬臂梁的周期运动和混沌运动是否有影响?研究结果表明,从定性的角度来分析,重力对悬臂梁的动力学行为没有影响,即在相同的外激励幅值以及相同的外激励频率下,横向放置悬臂梁的动力学行为与纵向放置悬臂梁的动力学行为相同;从定量的角度来分析,悬臂梁纵向放置时,其振幅更大。当悬臂梁的放置方式不变时,随着外激励频率的增大,悬臂梁的振幅逐渐减小,当系统出现混沌运动时,振幅达到最小值,此后,系统出现周期运动,其振幅比混沌运动时有所增大。该研究内容可为压电悬臂梁动力学与发电效应的研究提供有力的支持。
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