机械振动基础重点试题及答案

机械振动基础重点试题及答案

一、单选题（每题1分，共20分）

1.机械振动系统中，决定系统自由度的主要因素是（）A.阻尼系数B.刚度系数C.质量D.激振力【答案】C【解析】机械振动系统的自由度主要由系统中独立运动部件的数量决定，质量是影响自由度的主要因素

2.简谐振动的运动方程为x=Asinωt+φ，其中φ表示（）A.振幅B.频率C.初相位D.周期【答案】C【解析】初相位φ决定了振动初始状态，影响振动起始位置和方向

3.阻尼对自由振动系统的影响是（）A.增加振幅B.减小振幅C.改变频率D.消除振动【答案】B【解析】阻尼会消耗系统能量，导致振幅逐渐衰减

4.共振现象发生在（）A.激振频率等于系统固有频率时B.阻尼系数过小时C.质量过大时D.刚度系数过小时【答案】A【解析】当外部激励频率等于系统固有频率时，系统会发生共振，振幅达到最大

5.下列哪种振动属于周期性振动？（）A.随机振动B.自由振动C.受迫振动D.瞬态振动【答案】B【解析】自由振动是围绕平衡位置的周期性往复运动

6.描述系统振动响应特性的参数是（）A.相位差B.共振频率C.阻尼比D.位移【答案】C【解析】阻尼比是描述系统振动衰减特性的关键参数

7.在简支梁振动分析中，振动频率与梁长度的关系是（）A.成正比B.成反比C.平方成正比D.平方成反比【答案】D【解析】根据梁振动理论，频率与梁长度的平方成反比

8.下列哪项属于振动能量耗散方式？（）A.动能转换B.势能转换C.热能耗散D.位移增加【答案】C【解析】阻尼振动过程中，机械能通过阻尼转化为热能

9.测振仪的工作原理基于（）A.共振效应B.惯性效应C.电容变化D.压电效应【答案】B【解析】测振仪利用惯性质量块的运动与被测振动位移的差值产生反馈信号

10.临界阻尼状态是指（）A.系统振动最快衰减状态B.系统无振动状态C.系统振动频率最小状态D.系统振动持续最久状态【答案】A【解析】临界阻尼是使系统最快回到平衡位置而不产生振荡的阻尼状态

11.多自由度系统的振动特性分析通常采用（）A.单自由度模型B.能量法C.矩阵法D.共振法【答案】C【解析】多自由度系统分析需要用矩阵方法处理耦合振动方程

12.旋转机械振动的主要来源是（）A.不平衡质量B.轴承磨损C.温度变化D.材料疲劳【答案】A【解析】旋转机械的不平衡质量是产生周期性振动的根本原因

13.振动系统的固有频率取决于（）A.激振力大小B.阻尼系数C.系统质量与刚度D.外加载荷【答案】C【解析】固有频率由系统本身的惯性特性（质量）和弹性特性（刚度）决定

14.下列哪种振动测试属于非接触式测量？（）A.电涡流传感器B.加速度计C.位移传感器D.磁电传感器【答案】C【解析】位移传感器通过光学原理进行非接触式振动测量

15.振动系统中的共振峰对应（）A.最大位移响应B.最小位移响应C.最大速度响应D.最小速度响应【答案】A【解析】共振时系统位移响应达到最大值

16.减振措施的目的是（）A.提高系统固有频率B.增加系统阻尼C.降低系统响应幅值D.消除系统振动源【答案】C【解析】减振是通过改变系统参数使响应幅值减小

17.随机振动的特性是（）A.具有确定频率B.具有确定振幅C.幅值和频率都是随机变化的D.具有固定相位差【答案】C【解析】随机振动是幅值、频率和相位都随机变化的非确定性振动

18.下列振动控制方法属于被动控制的是（）A.主动减振系统B.振动吸收器C.主动质量阻尼器D.振动隔离器【答案】B【解析】振动吸收器属于被动减振装置

19.模态分析的主要目的是（）A.确定系统固有频率B.确定系统阻尼C.确定系统振型D.确定系统响应【答案】C【解析】模态分析的核心是确定系统振动模式（振型）

20.在振动测试中，采样频率应至少为最高分析频率的（）A.2倍B.5倍C.10倍D.20倍【答案】A【解析】根据奈奎斯特采样定理，采样频率需大于信号最高频率的2倍

二、多选题（每题4分，共20分）

1.影响机械振动系统响应的因素包括（）A.系统质量B.系统刚度C.外部激励D.系统阻尼E.环境温度【答案】A、B、C、D【解析】机械振动响应由系统自身参数和外部激励共同决定

2.振动测试中常用的传感器类型有（）A.加速度传感器B.位移传感器C.速度传感器D.力传感器E.温度传感器【答案】A、B、C【解析】振动测试主要使用三类传感器测量振动三要素

3.减振措施可以采用（）A.增加系统刚度B.增加系统阻尼C.改变系统固有频率D.采用隔振装置E.消除振动源【答案】B、C、D【解析】减振主要通过增加阻尼、改变固有频率或采用隔振实现

4.振动分析的常用方法包括（）A.时域分析B.频域分析C.模态分析D.响应谱分析E.有限元分析【答案】A、B、C、D【解析】振动分析主要采用时域、频域、模态和响应谱方法

5.振动控制系统的性能指标有（）A.传递率B.阻尼比C.固有频率D.相位差E.临界速度【答案】A、B、D【解析】振动控制性能主要用传递率、阻尼比和相位差评价

三、填空题（每题2分，共16分）

1.机械振动系统中，阻尼的作用是消耗______，使振动______【答案】能量；衰减（2分）

2.简谐振动的特征参数包括______、______和______【答案】振幅；频率；初相位（2分）

3.多自由度系统振动分析中，______矩阵描述了系统的刚度特性【答案】刚度（2分）

4.旋转机械的振动主要表现为______和______两种形式【答案】径向振动；轴向振动（2分）

5.振动测试中，______是测量振动位移的传感器【答案】位移传感器（2分）

6.减振措施的基本原理是改变系统的______或______【答案】固有频率；阻尼特性（2分）

7.随机振动分析通常采用______和______方法【答案】时域分析；功率谱密度分析（2分）

8.振动系统共振时，系统的______达到最大值【答案】位移响应（2分）

四、判断题（每题2分，共10分）

1.所有振动系统都存在共振现象（）【答案】（×）【解析】只有当激励频率接近系统固有频率时才会发生共振

2.阻尼越大，系统自由振动衰减越快（）【答案】（×）【解析】临界阻尼时衰减最快，过阻尼时衰减最慢

3.振动测试中，采样频率越高越好（）【答案】（×）【解析】过高采样频率会导致数据冗余和处理困难

4.振动控制只能通过增加系统刚度实现（）【答案】（×）【解析】减振还可以通过增加阻尼或改变固有频率实现

5.随机振动是周期性振动的一种特殊情况（）【答案】（×）【解析】随机振动是非确定性的，与周期性振动完全不同

五、简答题（每题4分，共12分）

1.简述振动系统阻尼的作用及其分类【答案】阻尼作用消耗系统能量，使自由振动振幅随时间衰减，同时影响系统受迫振动的响应特性分类-摩擦阻尼接触表面相对运动产生的阻尼；-空气阻尼物体运动时受到的空气阻力；-内部阻尼材料内部结构变化导致的能量耗散

2.简述简谐振动的主要特征参数及其物理意义【答案】特征参数-振幅A振动偏离平衡位置的最大距离，反映振动强度；-频率ω单位时间内振动的次数，反映振动快慢；-初相位φt=0时振动状态，反映振动起始位置和方向

3.简述振动测试中常用的传感器类型及其工作原理【答案】传感器类型-加速度传感器基于惯性原理，测量振动加速度；-位移传感器基于光学原理（如激光测距），测量振动位移；-速度传感器基于电磁原理（如动圈式），测量振动速度工作原理-加速度传感器利用质量块惯性与振动加速度产生的力平衡；-位移传感器通过光学干涉测量反射光相位变化；-速度传感器利用线圈在磁场中运动产生感应电动势

六、分析题（每题10分，共20分）

1.分析振动系统共振现象的物理机制，并说明工程中如何避免共振危害【答案】共振物理机制当外部激励频率接近系统固有频率时，激励能量在系统各自由度间不断传递并累积，导致系统响应（位移、速度或加速度）大幅增加避免措施-改变系统固有频率增加/减小质量或刚度；-远离共振频率使工作频率与固有频率保持足够距离；-增加阻尼使系统响应峰值降低；-采用隔振措施在激励源与系统间设置缓冲装置

2.分析振动控制系统的性能评价指标及其工程意义【答案】性能评价指标-传递率输出响应与输入激励的幅值比，反映振动传递效率；-阻尼比系统阻尼与临界阻尼的比值，影响共振响应衰减速度；-相位差输出响应与输入激励的相位差，反映振动传递特性工程意义-传递率越小表示减振效果越好，适用于隔振设计；-阻尼比适中阻尼可优化减振效果，过大或过小都不利；-相位差接近90°时共振最严重，可用于共振识别

七、综合应用题（每题25分，共50分）

1.某振动系统质量为m=2kg，刚度系数k=200N/m，阻尼系数c=5Ns/m现施加激励力Ft=10cos10tN，求

（1）系统的固有频率和阻尼比；

（2）系统的稳态响应幅值；

（3）说明系统是否会发生共振，并解释原因【答案】

（1）固有频率ωn=√k/m=√200/2=10rad/s阻尼比ζ=c/2√km=5/2×√200×2≈

0.071

（2）稳态响应幅值Xst=|F0/k-ω²m|/√1-ζ²+4ζ²ω²/ωn²=|10/200-10²×2|/√1-

0.071²+4×

0.071²×10²/10²≈

0.05/

0.997≈

0.0501m

（3）共振判断激励频率ω=10rad/s，等于固有频率ωn=10rad/s，系统处于共振状态共振解释此时系统外部激励频率与自身振动频率完全匹配，能量持续输入系统而不衰减，导致响应无限增大（实际受阻尼限制）

2.某旋转机械存在不平衡质量，导致在转速n=1500rpm时产生严重振动已知振动频率为150Hz，系统质量m=100kg，刚度k=8×10^5N/m现计划采用主动质量阻尼系统进行减振，要求减振后振动传递率不大于

0.1求

（1）系统的固有频率和阻尼比；

（2）主动质量阻尼系统的参数设计要求；

（3）说明减振效果评估方法【答案】

（1）固有频率ωn=2πf=2π×150=

942.5rad/s阻尼比ζ=ω/2ωn=150/2×

942.5≈

0.079

（2）主动质量阻尼系统设计传递率要求|Hjω|≤

0.1主动质量ma需满足ma≈m×1-H²/1-H²-4ζ²=100×1-

0.01/1-

0.01-4×

0.079²≈100×

0.99/

0.952≈

103.9kg阻尼系数cd需满足cd≈2ζ√ma×m/ma+mωn=2×

0.079×√

103.9×100/

103.9+100×

942.5≈

423.6Ns/m

（3）减振效果评估方法-传递率测量在减振前后测量振动响应，比较传递率变化；-频谱分析对比减振前后的振动频谱，观察共振峰值变化；-功率谱密度分析评估振动能量分布变化；-实时监测记录减振系统的动态性能，确保长期稳定性。