求梁的固有频率,实验对象是铝制的梁,且长150mm,宽30mm,厚5mm。因为有误差,在计算质量时需要再加上65克。
时间: 2024-01-19 21:03:23 浏览: 130
求解梁的固有频率需要先计算出梁的弹性模量和质量,然后带入梁的振动方程中求解。下面是一个简单的计算步骤:
1. 计算梁的截面面积
梁的截面面积为:$A = 30 \times 5 = 150 mm^2$
2. 计算梁的弹性模量
铝的弹性模量为 $E = 70 GPa$,将单位转换为 $N/mm^2$,则 $E = 70 \times 10^3 N/mm^2$
3. 计算梁的质量
梁的长度为 150mm,宽度为 30mm,厚度为 5mm,所以梁的体积为 $150 \times 30 \times 5 = 22500 mm^3$,将单位转换为 $m^3$,则梁的体积为 $2.25 \times 10^{-5} m^3$。铝的密度为 $2.7 g/cm^3$,将单位转换为 $kg/m^3$,则铝的密度为 $2700 kg/m^3$。因为有误差,在计算质量时需要再加上 65 克,将单位转换为 $kg$,则梁的质量为 $m = 2.25 \times 10^{-5} \times 2700 + 0.065 = 0.06125 kg$
4. 计算梁的固有频率
梁的振动方程为:$\frac{\partial^2 u}{\partial t^2} + \frac{EI}{\rho A} \frac{\partial^4 u}{\partial x^4} = 0$
其中,$u$ 是梁的振动位移,$t$ 是时间,$x$ 是梁的长度方向,$E$ 是梁的弹性模量,$I$ 是梁的截面惯性矩,$\rho$ 是梁的密度,$A$ 是梁的截面面积。
梁的截面形状为矩形,所以梁的截面惯性矩为:$I = \frac{bh^3}{12} = \frac{30 \times 5^3}{12} = 1875 mm^4$
将上述参数带入振动方程中,得到梁的固有频率:
$f = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{\frac{EI}{\rho A}}{(\frac{L}{\pi})^4}} = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{\frac{70 \times 10^3 \times 1875}{0.06125 \times 150}}{(\frac{0.15}{\pi})^4}} \approx 516.5 Hz$
因此,铝制梁的固有频率约为 516.5 Hz。
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