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1、20070403180-王健-基于MATLAB的振动系统仿真 毕业设计题 目 基于MATLAB的振动系统仿真 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自0701 学 生 王健 学 号 20070403180 指导教师 冯德振 二一 一 年 五 月 三十 日摘 要在我们的日常生活里存在许许多多的振动现象它们大多数都是有害的日常生活中机器的大多数机械振动都会使机器的性能受到影响进而导致结构或构件产生破坏导致机器的使用寿命大大降低特别是当机器的振动频率达到共振频率的时候机械振动对机器寿命的影响尤其突出因此我们有必要对那部分有害的机械振动进行控制振动问题在机械工业中是非常重要的这次设
2、计主要借助matlab软件强大的数据处理能力来分析相关的机械振动问题并在尽可能的情况下通过图形仿真来研究振动问题这些问题在本次研究中包括单自由度和二自由度系统振动分析振动的分析是通过编写程序来完成的这可以把相关振动结果准确形象的的呈现在我们面前为了使使用者能更加形象的看到结果进而更快的采取措施从而更有效的指导生产实践我设计了图形用户界面关键词单自由度二自自由度机械振动图形用户界面 GUI MATLABABSTRACTThere are many vibration phenomena in our daily lives most of which are harmful Most of th
3、e machine mechanical vibration in our daily life can affect the machines performance whats more it will lead to destroying the structure or components and result in the greatly reduced life of the machine especially when the machine resonance frequency reached the vibration frequency of the time the
4、 affection of the life of the machine is most impressive So we should take measures to control the harmful vibration The problem of vibration is very important in the machinery industry The design mainly use the powerful data processing capability of the matlab software to analyze issues related to
5、mechanical vibrations and the graphical simulation to study the vibration problems The single degree of freedom and two degrees of freedom Vibration system is analyzed in this study Vibration analysis is done through the program it can accurately present the result of the simulation in front of us I
6、 designed the graphical user interface in order to make users see the results more easily and take measures as quickly as possibleKey wordsOne-DOFTwo-DOF VibrationGUIMatlab目 录摘 要IABSTRACTII1前言111MATLAB简介112机械振动概论213本课题研究的内容与意义2com目的2com 内容32单自由度系统振动分析421单自由度有阻尼系统自由振动分析4com阻尼振动及自由振动分析4comMATLAB的振动分析7
7、22单自由度系统强迫振动分析10com强迫振动说明10comMATLAB振动分析123两自由度系统振动分析1331两自由度系统无阻尼自由振动分析13com建立力学模型13comMATLAB振动分析1632两自由度系统的强迫振动分析19com建立力学模型19comMATLAB振动分析204图形用户界面的设计与振动仿真2241 图形用户界面概论2242 设计图形用户界面 GUI 2243 图形用户界面对振动系统的仿真分析27com 单自由度振动解析27com 二自由度振动解析335总结与未来期望3751总结3752未来期望37参 考 文 献38致 谢39附 录1软件使用说明书40附 录2程序代码4
8、51 前言11 MATLAB简介MATLAB软件是1984年由美国MathWorks公司推出的荣誉产品MATLAB从MATrix LABoratory一词发展而来它最初用于矩阵数值计算起初在对解线性方程的Fortran程序库和解特征值问题的Fortran的程序库的关系中它作为矩阵实验室充当为它们提供矩阵软件包的接口随着MATLAB逐渐市场化 MATLAB数值计算功能和数据可视化功能日渐完善MATLAB41版本开始属于自己的符号运算功能开始出现这使其应用领域进一步增加了而随后而来的MATLAB60 MATLAB不仅在基础功能上进一步增强而且相应工具箱也被加入了并且为满足不同人员的使用要求MATL
9、AB的工具箱的数量正不断增加与其它语言比较MATLAB由于具有简单的语法规则更加贴近我们的思考方式以及更简明的列写过程而被称为被称为科学便笺式科学计算语言经过很长时间的发展与完善现已成为响彻国际的数学应用与科学计算软件在很长一段时间内以来MATLAB已被许多许多科技工作者与高校师生所认可他们之中许多人把MATLAB当做许多最可信的科技资源之中的一个它的内容涉及机械振动数字图像处理自动控制通信技术数学物理学电机学计算机图形学等各方面MATLAB拥有完备的图形功能较强的数值计算能力但它却又不像其它一些语言那样拥比较复杂的语法正因为如此它适合多学科并且它功能强大它是高级课程的基本工具它可以进行微积分
10、代数运算可以进行数值分析统计计算优化问题的求解它还可以用来进行动态系统的模拟Matlab 平台下的SIMULINK 组件专门用于动态系统的建模仿真和仿真综合分析并提供了集成化的图形环境其二次开发能力可视化功能编程建模能力和数值积分能力等方面的功能强大综上所述MATLAB语言具有如下的特点 1功能强大效率高 2语言简单编程容易3可开发性强扩充能力强MTALAB系统主要由MATALB语言体系图形语句语言系统MATLAB工作环境MATLAB数学函数库MATLAB应用程序接口 API 五个主要部分组成下面分别加以介绍 1 MATALB语言体系MATLAB具有条件控制数据结构等程序语言特性它是高层次的数
11、组矩阵语言它既可以进行小规模编程设计也可以进行大规模设计 2 图形语句语言系统在这里可以进行2D以及3D图像处理图形演示等高层MATALB指令当然相应底层指令也包含在其中GUI应用程序的各种开发工具也被包含在其中3MATLAB工作环境程序提供给用户使用的一系列管理功能的总称4APIMATLAB应用程序接口 使用户能够在MATLAB程序中使用其它相关程序如FORTRAN或C程序也包含从MATLAB中读写MAT文件从这些点可以看出MATLAB不仅是一个强大的系统而且还具有很强的扩展能力5MATLAB数学函数库 MATLAB采用的各种数学算法MATLAB的主要产品由MATLABMATLAB Comp
12、ilerMATLAB ToolboxRealTime WorkshopSimulink等构成并且当前的新软件一般都支持ActiveX部件的嵌入Matlab 语言也不例外它可以通过ActiveX 技术与其他应用程序作为接口综上所述由于MATLAB的各种功能十分强大因而它已被国际权威所承认并被广泛用于生活中各个方面如美国National Instruments公司信号测量分析软件LabVIEW都能看到MATLAB的影子12 机械振动概论要想谈好机械振动问题要先从振动的概念说起在机械振动这门课中振动被定义为一个物理量在它的平均值附近不停地经过极大值和极小值而往复变化的现象由振动的概念然后我们可以引申
13、出机械振动的概念即是机械或结构在它静平衡位置所作的往复弹性运动在我们机械中机械振动现象时有存在如汽车行驶的振动振动筛的振动发动机的振动以及机器加工时所产生的振动如机床切削时的振动在振动分析过程中我们要把机械结构对象进行抽象化思维即把它们的运动关系通过机械建模表示出来这种建模产生的力学系统被称为振动系统一般说来一般机械系统均能产生机械振动随着机械制造业的迅速发展各种高性能材料如不锈钢耐热合金钛合金以及陶瓷等的应用日益广泛同时对材料强度的要求也越来越高而威胁材料强度的一个主要原因为机械振动因此我们有必要对它进行研究对于实际生产过程中的振动问题我们关心的是振动的作用效果即振动会不会使位移等量过大由于
14、位移过大会引起机械结构之间发生碰撞严重者会影响机器的整体使用比如机床振动位移过大将影响加工精度造成零件的不合格和装配误差可以说振动威胁对机床来说是一个不小的威胁因此我们才要悉心研究它此外一些大型高速回转机械因为动态失稳而造成的事故在新闻上屡见不鲜这种事故可以使一些大型机械部件如大型发电机组彻底解体这不仅会进一步危及工作人员的安全而且会危及社会安定并造成巨大的经济损失这进一步说明了研究它的必要性我相信只要我们控制得当可以在尽可能的范围内减少振动对我们的损害当然振动并不是对我们全是害处在日常生活中利用振动案例也屡见不鲜合理的利用振动可以造福于我们大家如在振动筛振动破碎机等方面对振动的利用13课题研
15、究的内容与意义com目的我们知道现在国民生产的各个部门都需要高效率的机械而这些机械在使用过程之中所面临的主要问题是振动问题研究振动问题要用MATLAB进行动态设计通过MATLAB软件进行运动分析以研究机械系统在实际工作条件下的运动情况从而解决实际生产中的相应问题这可以达到通过理论分析来节省成本以及避免重大事故的目的从而更好的指导实际生产实践近几年来国内外学者针对自同步振动机械的动力学特性及机电耦合机理做了大量的研究工作也取得了很大的进展这为生产中振动预测振动控制及生产时的状态监测故障诊断等提供了参考意见和依据本课题在MATLAB软件下先对单自由度及二自由度系统进行动态建模然后抽象出其运动方程再编写相应程序在MATLAB环境下进行分析与计算借助图形用户界面的运用来进行相应参量的改变从而研究不同条件下的振动规律com1对单自由度系统振动分析 在实际机械系统中阻尼的存在
