微机械角振动谐振器在低气压下的非线性振动

《机械故障诊断技术》考查试卷一、填空：（每空1分，共40分）1、故障诊断的基础是建立在的原理上的。

2、机械故障诊断的基本方法课按不同观点来分类，目前流行的分类方法有两种：1）是按机械故障诊断方法的难易程度分类，可分为和；2）是按机械故障诊断的测试手段来分类，主要分为、、、、。

3、按照振动的动力学特性分类，可将机械振动分为三种类型：、、。

4、与物体的初始情况无关，完全由物体的力学性质决定，是物体本身固有的。

5、在非线性机械系统内，由非震荡能量转换为震荡激励所产生的振动称为。

6、构成一个确定性振动有三个基本要素，即、和位。

7、安装加速度传感器时，在安装面上涂一层硅胶的目的是。

8、磁电式速度传感器有和两种。

9、在选择速度传感器时首先要注意，其次要注意是。

10、当采用模/数转换测量时，决定鉴相脉冲的最低采样频率。

11、对模拟信号隔离而使用的隔离放大器有哪两种类型：一种是，另外一种是。

12、对于大多数的机器设备，最佳参数是，这是很多诊断标准采用该参数的原因，也有些标准根据设备的低、高频工作状态，分别选用和。

13、直流电动机的故障特征可归纳为：（1）转动频率fr的振动明显，则。

（2）2fr振动明显，则。

（3）槽频率fz以及边频带fz+-fr的振动明显则。

（4）fz和fn接近则。

（5）高频fc明显则。

14、圆柱齿轮精度主要包括、、、。

15、滚动轴承的游隙主要包括、、。

二、简答：（30分）1、自激振动有什么特点？（5分）2、能用电压式加速传感器能测量静态或变化很缓慢的信号吗？为什么？（5分）3、简述速度传感器的工作原理。

（5分）4、转子-轴系统的稳定性是指什么？如何判断其稳定性？（5分）5、旋转机械常见的故障有哪些？（5分）6、简述转子的不平衡振动机理。

（5分）三、综合题：1、分析滚动轴承常见的失效形式有哪些？分别简要介绍失败原因。

（10分）2、试分析转子轴系不对中故障可分为哪几类？其主要故障特征有哪些？如何甄别？（10分）4、机械振动按照动力学特征分为几种类型，各有什么特征？（10分）标准答案一、填空：1、能量耗散；2、简易诊断法、精密诊断法；直接观察法、振动噪声测定法、无损检测法、磨损残余物测定法、机器性能参数测定法。

上海理工大学研究生课程试题*学年第 1 学期考试课程微机电系统设计与制造学号姓名得分一．简答题（每题5分，共55分）1.举例说明MEMS的尺度效应。

2.解释静电驱动光学微镜的工作原理。

3.举例说明压电致动器的工作原理。

4.列举2种热敏致动器的微结构。

5.简述MEMS加速度计的工作原理与应用。

6.简述MEMS陀螺仪的工作原理与应用。

7.简述毛细管电泳芯片的工作原理与应用8.简述非线性微分方程的数值计算方法。

9.解释RF MEMS开关的吸合电压的物理含义。

10.设计压阻式硅微压力传感器的信号采集电路。

11.MEMS加工工艺与传统机械加工工艺有何区别？二．计算题（每题15分，共45分）1.硅微谐振式压力传感器在压力为零时的频率方程为1-cosxchx=0，利用数值计算方法求[2.0,5.0]区间的根，并给出程序调试界面与迭代过程。

（15分）2.硅微振动式陀螺仪在工作过程中需要惯性质量块处于谐振状态，其动力学模型如下图所示。

设致动电极梳尺个数为N, 梳尺间距为d，宽度为W。

求解：（1）如何让惯性质量块产生谐振? （2）列出产生谐振所需要施加的电压V(t)的表达式，并做解释。

（15分）硅微振动式陀螺仪的动力学模型3.如下图所示有一稳态静电场，长宽分别为120um，90um，上下左右四边的电压值分别稳定在500V，0V，300V，400V，求中间6个节点的电压值。

（15分）*注：考题全部写在框内，不要超出边界。

内容一律用黑色墨水书写或计算机打印，以便复印。

一、简答题1、（1）在空中举着的物体手离开时会下落这一宏观领域的知识对微小的灰尘颗粒却不适用； （2）当把潜水艇缩小到针头大小时，螺旋桨无法带动潜艇前进； （3）飞机与苍蝇等微小昆虫的飞行原理有明显不同。

2、 在扭转平台和电极之间施加静电力，静电力产生的扭转力矩和扭转梁的弹性恢复力矩相平衡，从而驱动微镜转过一个角度。

3、 压电致动器的工作原理主要是利用了压电晶体的“压电效应”——由机械变形产生电荷，从而可作为机械振动敏感元件。

振动测试技术复习题*1．与下面的振动曲线对应的解为（C ）。

A ．x =pt e -(X 1+X 2t )B ．x =X m sin ptC ．x =X )1sin(2αξ+--pt e ntD ．x =X )1sin(2αξ+-pt e nt*2．简谐振动x=X m sin ()αω+t 的位移幅值为（X m ）、速度幅值为（X m ω）、加速度幅值为（X m ω2）。

*3．在下图所示的单自由度无阻尼自由振动系统中，m=10千克，k=250牛顿·米－1，则系统的固有频率为（51-秒）。

*4．在下图所示的单自由度有阻尼振动系统中，m=10千克，k=250牛顿·米－1，则系统的固有频率为（51-秒）。

5．下图对应的是（A ）A ．过阻尼B ．欠阻尼C ．临界阻尼6．衰减系数为（A ）。

*A ．n =mr 2 B ．n =r m 2 C ．n =m r 2 *7．相对阻尼系数为（A ）。

A ．p n =ξ B ．n p =ξC ．p r =ξ 8．简谐振动x=X m sin ()αω+t 的位移初相位为（α）、速度初相位为（α+2π）、加速度初相位为（α+π）。

#9．有一振动波形，经傅立叶分解后其表达式为⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⎪⎭⎫ ⎝⎛-=24sin 843sin 42sin 24sin 1111πωπωωπωt a t a t a t a x请画出其幅频图和相频图。

【解】幅频图和相频图如下图所示。

幅频图 相频图*10．有限的周期振动x=x (t )= x (t+T )可以分解成∑∞=-+=110)1,2,3=( )sin()(n n n n t n X X t x φω其中：ω1叫做（基频），X 0叫做（静态分量），X 1 sin(ω1t －φ1)叫做（基波），X n sin （nω1t －φn ）叫做（n 次谐波），nω1叫做（n 倍频）。

11．简谐振动的峰值为X p ，有效值为X rms ，绝对值的平均值为X av 。

第七章习题7-1. 原长为m 5.0的弹簧，上端固定，下端挂一质量为kg 1.0的物体，当物体静止时，弹簧长为m 6.0．现将物体上推，使弹簧缩回到原长，然后放手，以放手时开始计时，取竖直向下为正向，写出振动式。

解：振动方程：x ＝Acos （ωｔ＋φ），在本题中，kx=mg ，所以k=10 ； 101.010===m k ω 振幅是物体离开平衡位置的最大距离，当弹簧升长为0.1m 时为物体的平衡位置，以向下为正方向。

所以如果使弹簧的初状态为原长，那么：A=0.1，当t=0时，x=-A ，那么就可以知道物体的初相位为π。

所以：）（π+=t x 10cos 1.0 。

7-2. 有一单摆，摆长m 0.1=l ，小球质量g 10=m .0=t 时，小球正好经过rad 06.0-=θ处，并以角速度rad/s 2.0=∙θ向平衡位置运动。

设小球的运动可看作筒谐振动，试求：（1）角频率、频率、周期；（2）用余弦函数形式写出小球的振动式。

解：振动方程：x ＝Acos （ωｔ＋φ）我们只要按照题意找到对应的各项就行了。

（1）角频率：10==lgω，频率：ππν21021==l g ， 周期：1022ππ==g l T （2）根据初始条件：Aθϕ=cos象限）象限）4,3(02,1(0{sin 0<>-=ωθϕA 可解得：32.2088.0-==ϕ，A 所以得到振动方程：）（32.213.2cos 088.0-=t θ7-3. 一竖直悬挂的弹簧下端挂一物体，最初用手将物体在弹簧原长处托住，然后放手，此系统便上下振动起来，已知物体最低位置是初始位置下方cm 0.10处,求：（1）振动频率；（2）物体在初始位置下方cm 0.8处的速度大小。

解：（1）由题知 2A=10cm ，所以A=5cm ；1961058.92=⨯=∆=-x g m K 又ω=14196==m k ,即 ππν721==m k（2）物体在初始位置下方cm 0.8处，对应着是x=4cm 的位置，所以：54cos 0==A x ϕ 那么此时的53sin 0±=-=ωϕA v 那么速度的大小为42.053==ωA v7-4. 一质点沿x 轴作简谐振动，振幅为cm 12，周期为s 2。

中南大学考试试卷2012 - 2013学年上学期时间110分钟《机械振动基础》课程 32 学时 1.5 学分考试形式：闭卷专业年级：机械10级总分100分，占总评成绩 70 % 注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上一、填空题（本题15分，每空1分）1.1 图1为小阻尼微振系统，右图为该系统与激励、响应三者之间的关系图，根据图1填空：1）图1所示的系统运动微分方程为（），用力分析方法建立该微分方程是依据（）定理。

2）在时域内该系统的激励是（），与之对应的响应是（）。

3）如果F(t)=kA cosωt，则该系统稳态响应的频率为（），而系统的固有频率为（）4）如果F(t) 为t=0时刻的单位脉冲力，则系统的响应h(t)称为（）。

5）如果F(t)为非周期激励，可以采用（）、（）或（）等方法求系统响应。

1.2 图2是多自由度线性振动系统，根据图2填空：1）该系统有（）个自由度，如果已知[M],[K],[C]，系统运动的矩阵微分方程通式是（）。

2）如果F(t)作用在第二个自由度上，则微分方程中系统的激励向量是（），对应的响应向量是（）；3）如果系统的刚度矩阵为非对角矩阵，则微分方程存在（）耦合，求解微分方程需要解耦。

二、简答题（本题40分，每小题8分）2.1（8分）在图1中，若F(t)是频率为ω的简谐激励，写出系统放大因子计算公式，分析抑制系统共振的方法；2.2 （8分）在图1中，如果已知x(t)=AH(ω)cosωt，分析系统（在垂直方向）作用在基础上的弹簧力FS(t)，阻尼力Fd(t)，分析二者的相位差，证明合力的峰值为kAH(ω2.3 （8分）当系统受非简谐周期激励作用时，简述系统响应的求解方法，分析该类激励引起系统共振的特点。

2.4 （8分）简述振型的物理含义，振型矩阵的构成方法，振型矩阵的作用。

2.5 （8分）简述随机振动与确定性振动求解方法的区别，随机过程有那些基本的数字特征，各态遍历随机过程的主要特点。

绪论1 .举例说明什么是测试？答：(1) 测试例子：为了确定一端固定的悬臂梁的固有频率，我们可以采用锤击法对梁进行激振，再利用压电传感器、电荷放大器、波形记录器记录信号波形，由衰减的振荡波形便可以计算出悬臂梁的固有频率。

（2）结论：由本例可知：测试是指确定被测对象悬臂梁的属性—固有频率的全部操作，是通过一定的技术手段—激振、拾振、记录、数据处理等，获取悬臂梁固有频率的信息的过程。

2. 测试技术的任务是什么？答：测试技术的任务主要有:通过模型试验或现场实测，提高产品质量；通过测试，进行设备强度校验，提高产量和质量；监测环境振动和噪声，找振源，以便采取减振、防噪措施；通过测试，发现新的定律、公式等；通过测试和数据采集，实现对设备的状态监测、质量控制和故障诊断。

3. 以方框图的形式说明测试系统的组成，简述主要部分的作用。

（1）测试系统方框图如下：（2）各部分的作用如下：●传感器是将被测信息转换成某种电信号的器件；●信号的调理是把来自传感器的信号转换成适合传输和处理的形式；●信号处理环节可对来自信号调理环节的信号，进行各种运算、滤波和分析；●信号显示、记录环节将来自信号处理环节的信号显示或存贮。

●模数（A/D）转换和数模（D/A）转换是进行模拟信号与数字信号相互转换，以便用计算机处理。

4.测试技术的发展动向是什么?传感器向新型、微型、智能型方向发展；测试仪器向高精度、多功能、小型化、在线监测、性能标准化和低价格发展；参数测量与数据处理向计算机为核心发展；第一章1求周期方波的傅立叶级数（复指数函数形式），画出|c n|-ω和ϕ-ω图。

解：(1)方波的时域描述为：(2) 从而：求正弦信号的绝对均值和均方根值。

2 .解(1)(2)3.求符号函数和单位阶跃函数的频谱。

解：(1)因为不满足绝对可积条件，因此，可以把符合函数看作为双边指数衰减函数：其傅里叶变换为：(2)阶跃函数：4. 求被截断的余弦函数的傅里叶变换。

机械振动基础课后习题答案1. 简谐振动的特点是什么？简述简谐振动的基本方程。

答：简谐振动是指振动系统在无外力作用下，自身受到弹性力作用而产生的振动。

其特点有以下几点：振动周期固定、振幅不变、振动轨迹为正弦曲线。

简谐振动的基本方程为x = A*cos(ωt + φ)，其中x为振动的位移，A为振幅，ω为角频率，t为时间，φ为初相位。

2. 简述自由振动、受迫振动和阻尼振动的区别。

答：自由振动是指振动系统在无外力作用下，自身受到弹性力作用而产生的振动。

受迫振动是指振动系统在外力作用下，产生与外力频率相同的振动。

阻尼振动是指振动系统在有阻尼力作用下，产生的振动。

三者的区别在于外力的有无和阻尼力的存在与否。

3. 什么是振动的自由度？简述单自由度振动和多自由度振动的特点。

答：振动的自由度是指描述振动系统所需的独立坐标的个数。

单自由度振动是指振动系统所需的独立坐标只有一个，可以用一个坐标来描述整个振动系统。

多自由度振动是指振动系统所需的独立坐标大于一个，需要多个坐标来描述整个振动系统。

单自由度振动的特点是简单、容易分析，而多自由度振动具有更复杂的动力学特性。

4. 简述振动系统的自然频率和强迫频率。

答：振动系统的自然频率是指系统在无外力作用下自由振动时的频率。

自然频率只与系统的质量、刚度和几何形状有关。

强迫频率是指系统在受到外力作用下振动的频率。

强迫频率可以是任意频率，与外力的频率相同或不同。

5. 什么是共振？简述共振现象的发生条件。

答：共振是指振动系统在受到外力作用下，当外力的频率接近系统的自然频率时，振动幅度达到最大的现象。

共振现象发生的条件包括：外力的频率接近系统的自然频率，外力的幅度足够大，系统的阻尼较小。

6. 简述振动系统的阻尼对振动的影响。

答：阻尼对振动有以下几种影响：阻尼可以减小振幅，使振动逐渐衰减；阻尼可以改变振动的频率，使其偏离自然频率；阻尼可以引起相位差，使振动的相位发生变化。

7. 什么是振幅衰减？简述振幅衰减的特点。

机械振动学基础知识非线性振动系统的分析与控制机械振动学是研究物体在受到外力作用时产生的振动现象的学科。

振动是一种普遍存在于自然界和人造系统中的现象，对于机械系统的设计、分析和控制具有重要意义。

在机械系统中，振动可以分为线性振动和非线性振动两种类型。

本文将着重介绍非线性振动系统的基本原理、分析方法以及控制技术。

一、非线性振动系统的基本原理非线性振动系统是指系统的振动特性不遵循线性原理，即系统的振动方程中包含非线性项。

非线性振动系统的特点包括：振幅对应力的关系非线性、振动频率与振幅之间存在非线性关系、振动系统存在多个共振点等。

非线性振动系统的振动行为通常更为复杂，但也包含了更多的信息。

二、非线性振动系统的分析方法针对非线性振动系统，常用的分析方法包括：周期摆动法、受迫振动法、Poincaré映射法、Lyapunov指数法等。

周期摆动法是研究非线性振动系统解的定性行为的基本方法，通过对周期解进行分析，得到系统的相图。

受迫振动法是研究系统在外力作用下的振动响应，通过将外力视作驱动力进行分析。

Poincaré映射法是一种针对周期性外激励的分析方法，可用于研究系统的稳定性和周期解。

Lyapunov指数法是评估系统稳定性和混沌性质的方法，通过计算Lyapunov指数来描述系统的演化规律。

三、非线性振动系统的控制技朧针对非线性振动系统，常用的控制技术包括：PID控制、滑模控制、自适应控制等。

PID控制是一种基础的控制技术，通过调节比例、积分和微分系数来控制系统的稳定性和响应速度。

滑模控制是一种鲁棒性控制技术，通过设计滑模面来实现系统的稳定控制。

自适应控制是根据系统动态特性自适应调整控制器参数的技术，能够适应系统的变化和不确定性。

结语：非线性振动系统是机械振动学领域的重要研究内容，对于提高系统的性能和稳定性具有重要意义。

通过深入理解非线性振动系统的基本原理、分析方法和控制技术，可以有效地提高系统的运行效率和安全性。

振动测量参数的选择⼀、振动测量参数的选择位移：适⽤于低频范围，转速在1500转/分以下的机组,速度：适⽤于中频段，转速在1500——10000转/分范围内的机组、加速度：适⽤于⾼频段，转速在10000转/分以上的机组现在⼀般采⽤速度标准，1、位移：反映质点的位能，可监测位能对设备部件的破坏。

2、速度：反映质点的动能，可监测动能对设备部件的破坏。

3、加速度：反映质点的受⼒情况受，可监测振源的冲击⼒对设备的破坏程度。

振动的表征参数－峰值（单峰值）、峰－峰值及有效值。

对于位移，⼀般选峰－峰值作为表征参数；加速度选择峰值，速度选择有效值作为表征参数。

⼆、测点选择1、尽量靠近轴承2、尽量在垂直、⽔平、轴向三个⽅向上设置测点3、给测点位置作好记号，以保证测量数值的稳定性和可⽐性4、必要时可将设备表⾯进⾏处理三、测试中应注意的⼏个问题1、在测试同⼀设备、同⼀测点和同⼀参数量时，应选择同⼀种测试仪器，并在同⼀状态下、同⼀频带下进⾏测试。

2、检查测试设备的安装情况，应保证测点设备与测试仪器不产⽣共振。

3、测量径向振动时，传感器应相对于被测设备轴径向安装；测量轴向振动时，应相对于被测轴平⾏安装。

4、应考虑测试现场周围的电场、磁场以及外界环境对传感器和仪器本⾝的影响。

⼀、振动基础理论1．1 振动形式的描述机械设备总是不可避免的会产⽣振动，过⼤的振动是有害的，除⾮为了特殊的⽬的，如振动给料机、磨煤机等。

为了说明振动的特点，采⽤了多种描述⽅式。

1、时域描述有两种形式，即振动波形和轴⼼运动轨迹。

可直观了解振动随时间的变化情况，以及转轴在轴承中的横向运动情况，粗略估量振动平稳与否及对称程度。

2、频域描述将振动幅值、相位、能量情况按频率排列，有利于反映故障原因。

3、幅域描述现场主要采⽤峰值、峰－峰值、有效值等概念反映振动幅值的⼤⼩，其中⼜有位移、速度、加速度等不同振动量之分。

位移峰－峰值主要考核设备间隙的安全性。

速度有效值⽤以反映振动能量的⼤⼩或破坏能⼒，是判断振动状态的主要指标。

机械振动基础思考题与练习题第一章绪论1.机械振动的概念：一种特殊形式的运动。

在这种运动过程中，机械系统由于自身的弹性将围绕其平衡位置作微小的往复运动。

2.简述日常生活与工程实际中常见的振动现象。

（1）心脏的搏动、耳膜和声带的振动；（2）声音的产生、传播和接收；（3）桥梁、建筑物在阵风或地震激励下的振动；（4）飞机、船舶在航行中的振动；（5）机床、刀具在加工时的振动；（6）各种动力机械的振动；（7）控制系统中的自激振动。

3.试结合工程实际论述振动的危害及可利用性。

（1）振动的危害1）振动会降低机床的精度，产生误动作；2）振动会降低仪器仪表的准确性，影响其工作寿命；3）振动会使机械结构产生疲劳破坏，影响使用寿命；4）振动会产生强烈的噪声，污染环境，损害人们的健康；5）振动会使机动车辆的舒适性、操纵稳定性变差；6）海浪激起的共振会引起轮船的断裂；7）气流引起的共振会导致飞机机翼的折断；8）飞行的导弹遇到气流引起的振动会降低导弹的命中率；9）水下潜艇振动过大，将会产生强烈的噪声，极易暴露目标；10）火箭发射失败也常常由振动或控制失灵所引起；11）发生地震会给人民生命财产造成重大损失。

（2）振动的可利用性1）生物医学领域：利用振动治疗疾病，如利用振动按摩仪进行按摩、减肥等。

2）通信工程领域：利用振动研制谐振器等；3）工程地质领域：利用振动对地下资源进行勘探；4）海洋工程领域：利用海浪波动的能量发电；5）土建工程领域：利用振动拔桩、压实等；6）其它工程领域：利用振动完成输送、筛分、破碎、粉磨、脱水等作业过程。

4.简述振动系统的构成及振动问题分类。

（1）振动系统的构成1）振动系统：研究的振动对象，“振系”表示研究对象的振动特性。

2）输入（激励）：表示初始干扰和激振力等外界因素对系统的作用。

3）输出（响应）：表示系统在输入或外激励作用下所产生的动态响应。

（2）振动问题分类振动问题可分为三类：1）振动分析：已知激励和系统特性，求系统的响应。

谐振式微加速度计综述学号：22007109 姓名：柯小路摘要：微谐振式加速度计是一种新型的加速度计，由于其独特的优点，己成为微传感器的重要发展方向之一。

本文首先对各种加速度计的优缺点进行了简要比较，然后着重介绍了硅微谐振式加速度计的工作原理、加工工艺、技术指标和几个典型的结构设计实例。

关键词：加速度计、谐振原理、DETF、微杠杆Summary of Resonant Micro-AccelerometerAbstract：Micro-resonant accelerometer is a new kind of accelerometer, and hasbecome an important direction of micro-sensor, due to its unique advantages.In this issue, firstly I make a brief comparison of the advantages and disadvantages of various accelerometers. Then I focus on introducing the processing technology, technical indicators and several typical examples of the silicon micro-resonant accelerometer.Key words: Accelerometer、Resonance、DETF、Micro lever1.引言——加速度计分类信息获取与处理己经成为现代信息技术领域的核心，对社会发展、科技进步起着重要的作用。

传感器作为信息获取与处理系统的最前端部件，直接面向被测对象，并将获取到的参数转换为电信号，是现代信息技术的重要基础。

传感器技术是一门学科跨度大的技术，是测量技术、信息处理技术、计算机技术、半导体技术、微电子学、光学、声学、仿生学、材料学、精密机械等众多学科相互交叉的综合性学科。

机械振动基础李晓蕾知识点总结
一、机械振动基础概念
机械振动是指机械系统在运动过程中发生的振动现象。

机械振动基础是研究机械系统振动的基本理论和方法，包括自由振动、强迫振动、阻尼振动等内容。

二、自由振动
自由振动是指机械系统在无外力作用下，由于初始位移或初始速度而引起的周期性运动。

自由振动的特点是周期性、渐减、共振等。

三、阻尼振动
阻尼是指机械系统受到摩擦力或空气阻力等因素的影响而逐渐减少能量。

阻尼对于机械系统的运行稳定性有重要影响，可以分为线性阻尼和非线性阻尼。

四、强迫振动
强迫振动是指机械系统受到外部周期性力作用时发生的周期性运动。

强迫振动可以分为共鸣和非共鸣两种情况，共鸣时会增加能量并导致损坏。

五、模态分析
模态分析是指对于复杂结构进行分解，将其分解为一系列简单的振动模态，以便于进行分析和计算。

模态分析可以用于机械系统的优化设计和故障诊断等方面。

六、振动测量
振动测量是指对机械系统振动参数进行实时监测和记录，以便于进行
故障诊断和预防性维护。

振动测量可以通过加速度计、速度计、位移
传感器等设备进行。

七、常见故障及处理方法
机械系统常见的故障包括不平衡、失衡、松动等问题。

处理方法包括
平衡校正、紧固螺栓、更换零部件等措施。

八、结论
机械振动基础是研究机械系统运行稳定性和故障诊断的重要基础理论。

了解自由振动、阻尼振动、强迫振动等内容，掌握模态分析和振动测
量技术，能够有效地预防和解决机械系统故障问题。

测试试卷1.关于固体材料的热容，爱因斯坦模型认为：晶体中每一个原子都是一个独立的振子，原子之间彼此无关，原子以( )的频率振动；德拜模型考虑到晶体中原子的相互作用，认为晶体中对热容的主要贡献是( )，把晶体近似视为连续介质，声频支的振动也近似看作是( )。

低温脆性常发生在具有()结构的金属及合金中，而在( )结构的金属及合金中很少发现。

[参考答案]体心立方或密排六方面心立方2.Griffith微裂纹理论从能量的角度来研究裂纹扩展的条件,这个条件是()。

[参考答案]物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能3.滑移是在__________作用下，在一定滑移系统上进行的。

[参考答案]切应力4.裂纹扩展的基本方式有三种，分别为（）、（）和（），其中以（)裂纹扩展最危险，最容易引起脆性断裂。

[参考答案]张开型滑开型撕开型张开型5.描述材料的蠕变性能的力学性能指标有：（）、（）、（）等。

[参考答案]蠕变极限持久强度松弛稳定性6.屈服是材料由（）向（）过渡的明显标志。

答案：弹性变形弹-塑性变形材料7.磁性的本源是材料内部电子的__________和__________。

晶体中热阻的主要来源是__________间碰撞引起的散射。

8.对介质损耗的主要影响因素是__________和__________。

9.在垂直入射的情况下，光在界面上的反射的多少取决于两种介质的__________。

10.电场周期破坏的来源是：__________、__________ 、__________ 、__________ 等。

11.由于恒压加热物体除温度升高外，还要对外界做功，所以等压热容__________等容热容。

12.BaTiO3电介质在居里点以下存在__________、__________、__________和__________四种极化机制。

13..断口特征三要素是指、和。

金属材料中的塑性变形有两种基本方式____和____。

《机械振动基础》考试试卷2009 - 20010学年上学期 时间110分钟课程 32 学时 2.0 学分 考试形式：闭 卷专业年级： 机械07级 总分100分，占总评成绩 70 %一、填空题（本题15分，每空1分）1、机械振动按不同情况进行分类大致可分成（线性振动）和非线性振动；确定性振动和（随机振动）；（自由振动）和强迫振动。

2、周期运动的最简单形式是（简谐运动），它是时间的单一（正弦）或（余弦）函数。

3、单自由度系统无阻尼自由振动的频率只与（质量）和（刚度）有关，与系统受到的激励无关。

4、简谐激励下单自由度系统的响应由（瞬态响应）和（稳态响应）组成。

5、工程上分析随机振动用（数学统计）方法，描述随机过程的最基本的数字特征包括均值、方差、（自相关函数）和（互相关函数）。

6、单位脉冲力激励下，系统的脉冲响应函数和系统的（频响函数）函数是一对傅里叶变换对，和系统的（传递函数）函数是一对拉普拉斯变换对。

二、简答题（本题40分）1、什么是机械振动？振动发生的内在原因是什么？外在原因是什么？ （7分）答：机械振动是指机械或结构在它的静平衡位置附近的往复弹性运动。

（3分） 振动发生的内在原因是机械或结构具有在振动时储存动能和势能，而且释放动能和势能并能使动能和势能相互转换的能力。

（2分）外在原因是由于外界对系统的激励或者作用。

（2分）2、从能量、运动、共振等角度简述阻尼对单自由度系统振动的影响。

（12分）答：从能量角度看，阻尼消耗系统的能力，使得单自由度系统的总机械能越来越小；（2分）从运动角度看，当阻尼比大于等于1时，系统不会产生振动，其中阻尼比为1的时候振幅衰减最快（4分）；当阻尼比小于1时，阻尼使得单自由度系统的振幅越来越小，固有频率降低，阻尼固有频率d ωω=（2分）共振的角度看，随着系统能力的增加、增幅和速度增加，阻尼消耗的能量也增加，当阻尼消耗能力与系统输入能量平衡时，系统的振幅不会再增加，因此在有阻尼系统的振幅并不会无限增加。

第三章 常用传感器与敏感元件3-1 在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？可举例说明。

解答：主要因素是弹性敏感元件的蠕变、弹性后效等。

3-2 试举出你所熟悉的五种机械式传感器，并说明它们的变换原理。

解答：气压表、弹簧秤、双金属片温度传感器、液体温度传感器、毛发湿度计等。

3-3 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何针对具体情况来选用？解答：电阻丝应变片主要利用形变效应，而半导体应变片主要利用压阻效应。

电阻丝应变片主要优点是性能稳定，现行较好；主要缺点是灵敏度低，横向效应大。

半导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主要缺点是温度稳定性差、灵敏度离散度大、非线性大。

选用时要根据测量精度要求、现场条件、灵敏度要求等来选择。

3-4 有一电阻应变片（见图3-84），其灵敏度S g ＝2，R ＝120Ω。

设工作时其应变为1000με，问∆R ＝？设将此应变片接成如图所示的电路，试求：1）无应变时电流表示值；2）有应变时电流表示值；3）电流表指示值相对变化量；4）试分析这个变量能否从表中读出？解：根据应变效应表达式∆R /R =S g ε得 ∆R =S g ε R =2⨯1000⨯10-6⨯120=0.24Ω 1）I 1=1.5/R =1.5/120=0.0125A=12.5mA 2）I 2=1.5/(R +∆R )=1.5/(120+0.24)≈0.A=12.475mA 3）δ=(I 2-I 1)/I 1⨯100%=0.2% 4）电流变化量太小，很难从电流表中读出。

如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程不够，无法测量12.5mA 的电流；如果采用毫安表，无法分辨0.025mA 的电流变化。

一般需要电桥来测量，将无应变时的灵位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，并可根据需要采用放大器放大。

3-5 电感传感器（自感型）的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些措施？采取这些措施会带来什么样后果？解答：以气隙变化式为例进行分析。

题库与思考题解答（第11章）１．超声波发生器的种类有哪些？其工作原理是什么？它们各自的特点是什么？解：超声波发生器由发送电源与换能器组成，发送电源是提供高频电流或电压的电源；换能器作用是将电磁振荡能量变换成机械振荡而产生超声波并向空中辐射。

换能器一般有压电式和磁致伸缩式两种。

压电式发送传感器根据压电晶体的电致伸缩原理制成。

在压电材料切片上施加高频正弦交流电压，使它产生电致伸缩运动，从而产生超声波并向空中辐射。

压电式超声波发送传感器可以产生几十千赫兹到几十兆赫兹的超声波，声强可达几十瓦每平方厘米。

磁致伸缩式发送传感器是根据铁磁物质的磁致伸缩效应原理制成的。

磁致伸缩效应是指铁磁性物质在交变的磁场中，在顺着磁场方向产生伸缩的现象。

磁致伸缩超声波发送器把铁磁材料置于交变磁场中，使它产生机械尺寸的交替变化，即产生机械振动，从而产生超声波。

磁致伸缩超声波发生器产生的频率只能在几万赫兹以内，但声强可达几千瓦每平方厘米。

它与压电式的发送器比较所产生的超声波的频率较低，而强度则大许多。

２．超声波的传播特性是什么？解：超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，以及介质吸收能量，声强逐渐减弱，即能量逐渐衰减。

超声波进入介质时的强度为I0，从介质出来之后的强度为I，它们之间有如下关系0AI I eδ-=，式中，A为吸收系数；δ为介质的厚度。

３．超声波探伤法有哪几种？它们的工作原理是什么？解：超声波探伤常用的有穿透法和反射法两种方法。

1）穿透法：穿透法探伤是根据超声波穿透工件后的能量变化情况，来判别工件内部质量的方法。

穿透法有一个发射探头和一个接收探头，分别置于被测工件的两边，工作原理如下图所示。

工作时，如果工件内部有缺陷，则有一部分超声波在缺陷处即被反射，其余部分到达工件的底部被接收探头接收。

因此到达接收探头的能量有一部分损失，接收到的能量变小；如果工件内部没有缺陷，超声波都能到达接收探头，因此接收探头接收到的能量较大。

考试时间：12月17日 19:00—21:00考试地点：思源楼411，412，座位安排：学号03211138-05231022在411教室，05231144—06292044在412教室第一章作业（激光技术--蓝信鉅，66页）答案2．在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个1／4波片，（1）它的轴向应如何设置为佳?（2）若旋转1／4波片，它所提供的直流偏置有何变化?答：（1）. 其快、慢轴与晶体主轴x 轴成450角（即快、慢轴分别与x’、y’轴平行）。

此时，它所提供的直流偏置相当于在电光晶体上附加了一个V 1/4的固定偏压(E x’和E y’的附加位相差为900)；使得调制器在透过率T=50%的工作点上。

（2）. 若旋转1／4波片，会导致E x’和E y’的附加位相差不再是900；因而它所提供的直流偏置也不再是V 1/4。

当然调制器的工作点也偏离了透过率T=50%的位置。

3.为了降低电光调制器的半波电压，采用4块z 切割的KDP 晶体连接(光路串联、电路并联)成纵向串联式结构。

试问：(1)为了使4块晶体的电光效应逐块叠加，各晶体的x 和y 轴取向应如何? (2) 若λ=0.628μm ，n 。

＝1.51，γ63＝23.6×10—12m ／V ，计算其半波电压，并与单块晶体调制器比较之。

解：(1) 为了使晶体对入射的偏振光的两个分量的相位延迟皆有相同的符号，则把晶体x 和y 轴逐块旋转90安置，z 轴方向一致（如下图），(2).四块晶体叠加后，每块晶体的电压为：v 966106.2351.1210628.0412n 41V 41V 123-663302'2=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==-γλλλ 而单块晶体得半波电压为：v 3864106.2351.1210628.02n V 123-663302=⨯⨯⨯⨯==-γλλ 与前者相差4倍。

4．试设计一种实验装置，如何检验出入射光的偏振态(线偏光、椭圆偏光和自然光)，并指出是根据什么现象? 如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强调制?为什么？解：（1）实验装置：偏振片和白色屏幕。

机械振动与噪声学答案1. 机械振动的基本概念及分类机械振动是指机械运动中出现的周期性变化，通常包括以下几个方面：•振幅：振动系统的最大偏移量，是振动的主要特征之一。

•周期：振动系统经过一个完整的振动过程所需的时间。

•频率：振动系统在单位时间内所完成的振动次数。

•相位：用来描述振动状态的相对时间位置，是一种相对概念，通常用弧度来表示。

•谐振：振动系统的固有频率与外界激励频率相等时产生的现象，通常会引起振幅的急剧增加。

•非谐振：振动系统的固有频率与外界激励频率不等时产生的现象，随着激励频率的不同，振幅和相位也会不同。

根据机械振动的性质和机械结构的不同，可以将机械振动分为以下几类：•自由振动：振动系统在没有外界干扰的情况下，按照固有频率自行振动的过程。

•强迫振动：振动系统受到外界周期性的激励，按照外界激励的频率发生振动，通常比自由振动更为复杂。

•阻尼振动：振动系统因为受到摩擦力的作用而逐渐减弱的振动过程。

•维持振动：振动系统受到外界持续的激励时能够保持稳定的振动状态。

2. 声波的基本概念及特性噪声是指那些会引起人类不适的声音，它的特点是声强大、频率广泛，通常会对人的身体产生负面影响。

声波是一种在空气、水、固体等介质中传播的机械波，声波的基本概念包括以下几个方面：•音量：声音的强度，是声波与人耳之间的相对力度比较。

它通常用分贝(dB)来表示。

•频率：声波的频率表示了声音的音高，是声波波形中的周期性变化。

•色调：不同频率的声波会产生不同的音色，通常用人耳可以感知的不同声音来描述。

•声速：声波在介质中传播的速度，通常用米/秒来表示。

•声源：产生声波的物体或者振动体。

•声波强度：单位时间内声波传播时单位面积上的能量。

噪声的基本特性包括以下几个方面：•声压级：噪声的声压级决定了噪声的强度，通常用分贝dB来表示。

•频谱特性：噪声的频率分布情况，不同的噪声具有不同的频率分布特性。

•时间特性：噪声的音量随时间的变化，通常用峰值、持续时间来描述。