实验时间：2014年11月10日
本次实验成绩
一、实验目的：
1、了解振动系统和测振系统的组成及原理；
2、了解单自由度系统振动模型的有关概念；
3、学习用衰减振动波形及共振法测试振动系统固有频率的原理和方法；
5、测定简支梁振动系统的固有频率、周期、阻尼比及幅频特性曲线；
二、实验原理：
三、实验设备及仪器：
1、简支梁振动系统；
2、ZG-1型传感器2只；
3、SJF-3型激振信号源；
4、SCZ2-3型测振仪；
5、JZ-1型激振器；
6、虚拟测试系统。
四、实验步骤:
单自由度系统自由衰减振动
(1)将传感器置于集中质量块上，输出端接测振仪。
(2)在计算机屏幕上点击左下角“退出系统”处按［单］，进入FFT频谱分析仪。
(3)点击左下角“数据源”处按扭［再线］，采样参数选择：频道1024Hz、通道
1或2、采样长度取5。
(4)参数设定好后，点击［确定］按扭、同时用手轻敲击简支梁（每1-2秒敲击3次）。
(5)波形窗口出现后，用［页面控制］按扭选择一段规则波形来确定分析波
t 1 t 2
衰减振动数据记录表：
时间t1(s) 时间t2(s) 衰减次数a 周期T（s）固有频率f(1/s) 3.17*10^-1 4.64*10^-1 4 3.68*10^-2 27.2
单自由度系统强迫振动实验
幅频特性曲线数据记录表：
频率（Hz）10 15 20 21 22 23 24 25 26
振幅（um） 1.8 3.2 4.6 5.5 5.6 6.4 7.4 9.9 21.5 频率（Hz）27 28 29 30 31 32 33 34 35
振幅（um）27.5 89.6 46.7 23.2 15.6 10.9 8.9 8.1 7.2 频率（Hz）40 45 50 55 60 65 70
振幅（um） 3.6 2.1 1.4 0.9 0.6 0.3 0.2
六、实验结果计算及分析讨论：
实验一求不规则物体的重心 一、实验目的：用悬吊法和称重法求出不规则物体的重心的位置。 二、实验设备仪器：ZME-1型理论力学多功能实验台，直尺、积木、磅秤、胶带、白纸等。 三、实验原理方法简述 （一）悬吊法求不规则物体的重心 适用于薄板形状的物体，先将纸贴于板上，再在纸上描出物体轮廓，把物体悬挂于任意一点A，如图1-1（a）所示，根据二力平衡公理，重心必然在过悬吊点的铅直线上，于是可在与板贴在一起的纸上画出此线。然后将板悬挂于另外一点B，同样可以画出另外一条直线。两直线的交点C就是重心，如图1-1（b）所示。 A (a) 图1-1 （二）称重法求轴对称物体的重心 对于由纵向对称面且纵向对称面内有对称轴的均质物体，其重心必在对称轴上。
图1-2 首先将物体支于纵向对称面内的两点，测出两个支点间的距离l ，其中一点置于磅秤上，由此可测得B 处的支反力N1F 的大小，再将连杆旋转180O ，仍然保持中轴线水平，可测得N2F 的大小。重心距离连杆大头端支点的距离C x 。根据平面平行力系，可以得到下面的两个方程： C 1N N21N =?-?=+x W l F W F F 根据上面的方程，可以求出重心的位置： N2 N11N F F l F x C +?= 四、实验数据及处理 （一）悬吊法求不规则物体的重心 （二）称重法求对称连杆的重心。 a.将磅秤和支架放置于多功能台面上。将连杆的一断放于支架上，另一端放于支架上，使连杆的曲轴中心对准磅秤的中心位置。并利用积木块调节连杆的中心位置使它成水平。记录此时磅秤的读数 F N1=1375g b.取下连杆，记录磅秤上积木的重量F J1=385g c.将连杆转?180，重复a 步骤，测出此时磅秤读数F N2=1560g d.取下连杆，记录磅秤上积木的重量F J1=0g
理论力学转动惯量 实验报告
【实验概述】 转动惯量是描述刚体转动中惯性大小的物理量，它与刚体的质量分布及转轴位置有关。 正确测定物体的转动惯量,~对于了解物体转动规律,~机械设计制造有着非常重要的意义。 然 而在实际工作中,大多数物体的几何形状都是不规则的, 难以直接用理论公式算出其转动惯~ 量，只能借助于实验的方法来实现。 因此，在工程技术中，用实验的方法来测定物体的转动 ’ 惯量就有着十分重要的意义。 IM-2刚体转动惯量实验仪，应用霍尔开关传感器结合计数计 ’ 时多功能毫秒仪自动记录刚体在一定转矩作用下， 的角加速度和刚体的转动惯量。 因此本实验提供了一种测量刚体转动惯量的新方法, 实验思 路新颖、科学，测量数据精确，仪器结构合理，维护简单方便，是开展研究型实验教学的新 仪器。 【实验目的】 1. 了解多功能计数计时毫秒仪实时测量(时间)的基本方法 2. 用刚体转动法测定物体的转动惯量 3. 验证刚体转动的平行轴定理 4. 验证刚体的转动惯量与外力矩无关 【实验原理】 1. 转动力矩、转动惯量和角加速度关系系统在外力矩作用下的运动方程 即绳子的张力T=m(g-r p 2) 砝码与系统脱离后的运动方程 (2) 由方程(1) (2)可得 J=mr(g-r p 2)/( p 2- p 1) 2. 角加速度的测量 0=3 o t+? p t2 若在t 1 、t 2时刻测得角位移0 1、B 2 则 0 1 = 3 0 t 1+? p t2 0 2=3 0 t 2+? p t2 所以，由方程(5)、(6)可得 p =2 (0 2 t 1- 0 1 t 2) / t 1 t 2 (t 2- t 1) 【实验仪器】 转过n 角位移的时刻，测定刚体转动时 T X 叶M 严J p 2 (1) 由牛顿第二定律可知，砝码下落时的运动方程为: mg-T=ma (5)
F F B o C o W o A (a) (b) A A B W W X C l l ⑻ (b) x C A 7 F N 1 F N1 F N1 F N1 F N2 F N2 F N1 I 实验一求不规则物体的重心 一、 实验目的： 用悬吊法和称重法求出不规则物体的重心的位置。 二、 实验设备仪器：ZME-1型理论力学多功能实验台，直尺、积木、磅秤、胶带、白纸等。 三、 实验原理方法简述 （一）悬吊法求不规则物体的重心 适用于薄板形状的物体，先将纸贴于板上，再在纸上描出物体轮廓，把物体悬挂于任意一点 A ，如图 1-1（ a ）所示，根据二力平衡公理，重心必然在过悬吊点的铅直线上，于是可在与板贴在一起的纸上画出 此线。然后将板悬挂于另外一点 B ，同样可以画出另外一条直线。 两直线的交点C 就是重心，如图1-1（b ） 所示。 图1-1 （二）称重法求轴对称物体的重心 对于由纵向对称面且纵向对称面内有对称轴的均质物体，其重心必在对称轴上。 图1-2 首先将物体支于纵向对称面内的两点，测出两个支点间的距离 I ，其中一点置于磅秤上，由此可测得 B 处的支反力F N1的大小，再将连杆旋转 180°,仍然保持中轴线水平，可测得 F N2的大小。重心距离连杆 大头端支点的距离 x C 。根据平面平行力系，可以得到下面的两个方程: F N2二W 根据上面的方程，可以求出重心的位置: I -W x C =0 四、实验数据及处理 （一）悬吊法求不规则物体的重心
F NI =1375 g 4）连杆 a. 将磅秤和支架放置于多功 能台面上。将连杆的一断放于支架上，另一端放于支架上，使连杆的曲轴 中心对准磅秤的中心位置。 并利用积木块调节连杆的中心位置使它成水平。 记录此时磅秤的读数 b. 取下连杆，记录磅秤上积木的重量 F JI =385g c. 将连杆转180，重复a 步骤，测出此时磅秤读数 F N 2=1560g d. 取下连杆，记录磅秤上积木的重量 F JI =0 g e. 测定连杆两支点间的距离 I =221mm f. 计算连杆的重心位置 = （1375_385）_ _ 86mm 重心距离连杆大头端支点的距离 x C =86mm 。 1375 -385 1560 五、思考题 1. 在进行称重法求物体重心的实验中，哪些因素将影响实验的精度？ 答：影响实验精度的因素有： 1）磅秤的精度；2）支点位置的准确度；3 ）连杆中心线的水平度; 支点间距离测量的准确度，等。 实验四四种不同载荷的观测与理解 一、 实验目的： 通过实验理解渐加载荷，冲击载荷，突加载荷和振动载荷的区别。 二、 实验设备仪器：ZME-1型理论力学多功能实验台，磅秤，沙袋。 三、 实验原理方法：
理论力学组合实验报告 使用设备名称与型号 同组人员 实验时间 一、实验目的 理论力学是一门理论性较强的技术基础课，是现代工程技术基础理论之一，在日常生活、工程技术各领域都有着广泛的应用。这门学科的理论比较抽象，真正掌握也较困难。本实验指导书介绍理论力学的六个小实验，让学生在做实验过程中既动手又动脑，培养学生的创新思维和科学实验能力。 二、实验设备与仪器 理论力学多功能实验台ZME-1型 三、实验原理 四、实验操作步骤 实验（1）：求弹簧质量系统的固有频率 在高压输电线模型的砝码盘上，分四次挂上不同重量的砝码，观察并记录弹簧的变形。 实验（2）：求重心的实验方法 （A）悬吊法 将求重心的型钢片状试件，用细绳将其挂吊在上顶板前端的螺钉上，再换一个位置挂吊，通过两次挂吊便可求出重心位置。 （B）称量法 使用连杆、积木、台称，利用已学力学知识，用称量法求连杆的重量及重心位置。实验（3）：验证均质圆盘转动惯量的理论公式
转动实验台右边手轮，使圆盘三线摆摆长下降为60cm，左手给三线摆一初始角（一般小于60），释放圆盘后，三线摆发生扭转振动。右手拿秒表，记录扭转十次或以上的时间，并算出周期，比较实验与理论计算两种方法求得的转动惯量，确定误差，还可以求摆长（四种长度）对误差的影响。 由弹簧的变形计算该系统的等效刚度和固有频率。 实验（4）：用等效方法求非均质物体转动惯量 分别转动左边两个三线摆的手轮，让有非均质摇臂的圆盘三线摆下降至摆长约60cm，也使配重相同的带有强磁铁的两个圆柱铁三线摆下降到相同的高度进行转动惯量等效实验，测出扭转振动的周期，再与两个圆柱的三线摆计算周期进行等效，从而求出非均质摇臂的转动惯量。 五、实验结果及分析计算 1、弹簧质量系统的固有频率 2、连杆的重心
理论力学组合实验 理论力学组合实验报告 使用设备名称与型号________________________________________ 同组人员__________________________________________________ 实验时间__________________________________________________ 一、实验目的 理论力学就是一门理论性较强的技术基础课，就是现代工程技术基础理论之一，在日常生活、工程技术各领域都有着广泛的应用。这门学科的理论比较抽象，真正掌握也较困难。本实验指导书介绍理论力学的六个小实验，让学生在做实验过程中既动手又动脑，培养学生的创新思维与科学实验能力。 二、实验设备与仪器 理论力学多功能实验台 ZME-1型 三、实验原理四、实验操作步骤实验(1):求弹簧质量系统的固有频率 在高压输电线模型的砝码盘上，分四次挂上不同重量的砝码，观察并记录弹簧的变形。实验(2):求重心的实验方法 (A)悬吊法 将求重心的型钢片状试件，用细绳将其挂吊在上顶板前端的螺钉上，再换一个位置挂吊,通过两次挂吊便可求出重心位置。 (B)称量法 使用连杆、积木、台称，利用已学力学知识，用称量法求连杆的重量及重心位置。实验(3):验证均质圆盘转动惯量的理论公式 转动实验台右边手轮，使圆盘三线摆摆长下降为60cm,左手给三线摆一初始角(一般小 于60)，释放圆盘后，三线摆发生扭转振动。右手拿秒表，记录扭转十次或以上的时间，并算出 周期，比较实验与理论计算两种方法求得的转动惯量，确定误差，还可以求摆长(四种长度) 对误差的影响。 由弹簧的变形计算该系统的等效刚度与固有频率。 理论力学组合实验 实验(4)：用等效方法求非均质物体转动惯量 分别转动左边两个三线摆的手轮，让有非均质摇臂的圆盘三线摆下降至摆长约60cm,
《理论力学》实验报告 班级： 姓名： 学号： 成绩：
实验一 实验方法测定物体的重心 一、实验目的： 1、通过实验加深对合力概念的理解； 2、用悬挂法测取不规则物体的重心位置； 3、用称重法测物体的重心位置并用力学方法计算重量。 二、实验设备和仪器 1、理论力学多功能实验装置； 2、不规则物体（各种型钢组合体）； 3、连杆模型； 4、台秤。 三、实验原理 物体的重心的位置是固定不变的。再利用柔软细绳的受力特点和两力平衡原理，我们可以用悬挂的方法决定重心的位置；又利用平面一般力系的平衡条件，可以测取杆件的重心位置和物体的重量。 物体的重量：21F F W +=；重心位置：W l F x C 1= 四、实验方法和步骤 A 、悬挂法 1、从柜子里取出求重心用的组合型钢试件，用将把它描绘在一张白纸上； 2、用细索将其挂吊在上顶板前面的螺钉上（平面铅垂），使之保持静止状 态； 3、用先前描好的白纸置于该模型后面，使描在白纸上的图形与实物重叠。 再用笔在沿悬线在白纸上画两个点，两点成一线，便可以决定此状态的重力作用线； 4、变更悬挂点，重复上述步骤2-3，可画出另一条重力作用线； 5、两条垂线相交点即为重心。
B、称重法 1、取出实验用连杆。将连杆一端放在台秤上，一端放在木架上，并使连杆保 持水平。 2、读取台秤的读数，并记录； 3、将连杆两端调换，并使摆杆保持水平； 4、重复步骤2； 五、数据记录与处理 A、悬挂法（请同学另附图） B、称重法 六、注意事项 1、实验时应保持重力摆水平； 2、台称在使用前应调零。
实验二、四种不同类型载荷的比较实验 一、实验目的 1、了解四种常见的不同载荷； 2、比较四种不同类型载荷对承载体的作用力特性。 二、实验仪器和设备 1、理论力学多功能实验装置； 2、2kg台秤1台； 3、0.5kg重石英沙1袋； 4、偏心振动装置1个。 三、实验原理 渐加载荷、突加载荷、冲击载荷和振动载荷是常见的四种载荷。不同类型的载荷对承载体的作用力是不同的。将不同类型的载荷作用在同一台秤上，可以方便地观察到各自的作用力与时间的关系曲线，并进行相互比较。 四、实验方法和步骤 1、将台秤置于实验装置合适的位置并放平稳； 2、渐加载荷：取出装有石英沙的袋子，将沙子缓慢、渐渐地倒入台秤上的 托盘中，仔细观察台秤指针的变化，并描绘出作用力的时程曲线示意图； 3、突加载荷：将托盘中的石英沙装回原袋子，用手将沙袋拎起至刚好与托 盘分离时突然松手，仔细观察台秤指针的变化，并描绘出作用力的时程 曲线示意图； 4、冲击载荷：再将沙袋拎起至某一高度（如5cm）后自由释放，沙袋对台秤 造成一定的冲击，仔细观察台秤指针的变化，并描绘出作用力的时程曲 线示意图； 5、振动载荷：用偏心振动装置代替沙袋。先打开偏心振动装置上的电源开 关让其上的电机旋转，然后轻轻置于台秤的托盘上。仔细观察台秤指针 的变化，并描绘出作用力的时程曲线示意图。 五、实验结果与数据处理
(1) 实验二：简谐振动幅值测量 、实验目的 1. 了解振动信号位移、速度、加速度之间的关系。 2?学会用速度传感器测量简谐振动的位移、速度、加速度幅值。 、实验装置框图 实验装置与仪器框图见图1。 图1实验装置框图 三、实验原理 在振动测量中，有时往往不需要测量振动信号的时间历程曲线，而只需要测量振动信 号的幅值。振动信号的幅值可根据位移、速度、加速度的关系，用位移传感器或速度传感 器、加速度传感器来测量。 设振动位移、速度、加速度分别为 x 、u 、a ，其幅值分别为X 、V 、A : x= Bsi A? ) ■-二矽二 Bco s (t -: ) dt d 2y a = ― - - 2 Bs i n (t _ :) dt 2 式中：B ——位移振幅 ----------- 振动角频率 ： ——初相位 X=B 故： V = ? B = 2 二 fB A = 2 B =(2 二 f)2B 振动信号的幅值可根据式(4-2)中位移、速度、加速度的关系，分别用位移传感器、 度传感器或加速度传感器来测量。也可利用虚拟式信号分析仪和测振仪中的微分、积分功 能来测量。 四、实验方法 1. 激振信号源输出端接电动式激振器，用电动式激振器对简支梁激振。 2. 用速度传感器拾振，速度传感器的输出端接测振仪。 3. 开启激振信号源的电源开关，对系统施加交变的正弦激振力，使系统产生简谐振 动，调整信号源的输出调节开关便可改变振幅大小。调整信号源的输出调节开关时注意不 要过载。
4?分别用测振仪的位移X、速度V、加速度A各档进行测量和读数 五、实验结果与分析 1 ?实验数据表2- 1 2?根据位移X,按公式⑵计算速度V、加速度A。 3?根据速度V,按公式⑵计算位移X、加速度A o 4?根据加速度A,按公式（2）计算位移X、速度V o 5?位移、速度、加速度幅值的实测值与计算值有无差别？若有差别原因是什么？
重庆大学 《理论力学》课程 教案 2006版 机械、土木等多学时各专业用 2006年8月 使用教材：《理论力学》，张祥东主编，重庆大学出版社2006年第二版《理论力学》，哈尔滨工业大学，高等教育出版社2004年 《Engineering Mechanics理论力学》，杨昌棋等缩编，重庆 大学出版社2005年
参考文献 ［1］同济大学理论力学教研室，理论力学，同济大学出版社，2001年 ［2］乔宏洲，理论力学，中国建筑工业出版社，1997年 ［3］华东水利学院工程力学教研室，理论力学，高等教育出版社，1984年［4］理论力学（第六版）哈尔滨工业大学理力教研室编． 普通高等教育“十五”国家级规划教材高等教育出版社．2002年8月［5］理论力学（第3版）郝桐生编．教育科学“十五”国家规划课题研究成果高等教育出版社．2003年9月 ［6］理论力学（第1版）武清玺冯奇主编． 教育科学“十五”国家规划课题研究成果高等教育出版社．2003年8月 第1篇静力学 第1章静力学基本知识与物体的受力分析 一、目的要求 1．深入地理解力、刚体、平衡和约束等基本概念。 2．深入地理解静力学公理（或力的基本性质）。 3．明确和掌握约束的基本特征及约束反力的画法。
4．熟练而正确地对单个物体与物体系统进行受力分析，画出受力图。 二、基本内容 1．重要概念 1）平衡：物体机械运动的一种特殊状态。在静力学中，若物体相对于地面保持静止或作匀速直线平动，则称物体处于平衡。 2）刚体：在力作用下或运动过程中不变形的物体。刚体是理论力学中的理想化力学模型。 3）约束：对非自由体的运动预加的限制条件。在刚体静力学中指限制研究对象运动的物体。约束对非自由体施加的力称为约束反力。约束反力的方向总是与约束所能阻碍的物体的运动或运动趋势的方向相反。 4）力：物体之间的一种相互机械作用。其作用效果可使物体的运动状态发生改变和使物体产生变形。前者称为力的运动效应或外效应，后者称为力的变形效应或内效应，理论力学只研究力的外效应。力对物体作用的效应取决于力的大小、方向、作用点这三个要素，且满足平行四边形法则，故力是定位矢量。 5）力的分类： 集中力、分布力（体分布力、面分布力、线分布力） 主动力、约束反力 6）力系：同时作用于物体上的一群力称为力系。按其作用线所在的位置，力系可以分为平面力系和空间力系；按其作用线的相互关系，力系分为共线力系、平行力系、汇交力系和任意力系等等。 7）等效力系：分别作用于同一刚体上的两组力系，如果它们对该刚体的作用效果完全相同，则此两组力系互为等效力系。 8）平衡力系：若物体在某力系作用下保持平衡，则称此力系为平衡力系。 9）力的合成与分解：若力系与一个力F R等效，则力F R称为力系的合力，而力系中的各力称为合力F R的分力。用一个比原力系简单但作用效果相同的力系代替原力系称为力系的合成（简化）；反之，一个力F R用其分力代替，称为力的分解。 2．静力学公理及其推论 公理1：力的平行四边形法则 给出了最简单的力系的简化规律，也是较复杂力系简化的基础。另外，它也给出了将一个力分解为两个力的依据。
实验一：用“双踪示波比较法”测量简谐振动的频率 一、实验目的 1、了解“双踪示波比较法”测试未知信号频率的原理； 2、学习“双踪示波比较法”测量简谐振动的频率； 二、实验仪器安装示意图 三、实验原理 双踪示波比较法是采取双踪示波，同时看两个信号波形，其中一通道是已知频率的参考信息，另一通道是待测信号，通过对波形进行比较来确定简谐振动信号的频率。 双通道并行同步示波或采样信号，采用相同的采样频率F s ,时间分辨率△t=1/F s 是相同，不同频率的 正弦信号反映到波形上就是一个周期内采样点数N 不同，信号的频率为： ()t N f ??= 1 用光标读取已知频率为f 0 参考信号的一个周期内的点数N 1 ，再读取待测信号的频率N 2 ，则被测信号的频率为： f 0 N 1 = f x N 2 02 1 f N N f x = 根据所测频率可以计算当前电机的转速：n = 60·f x （转/分钟） 四、实验步骤 1、开机进入DASP2000标准版软件的主界面，选择双通道按钮。进入双通道示波状态进行波形示波。 2、安装偏心激振电机 偏心激振电机的电源线接到调压器的输出端，电源线接到调压器的输入端（黄线为地线），一定要 小心防止接错，要注意调压器的输入和输出端，防止接反。把调速电机安装在简支梁中部，对简支梁产生一个未知的激振力，电机转速（强迫振动频率）可用调压器来改变，把调压器放在“40”档左右，调好后在实验的过程中不要再改变点电机转速。 3、将ZJY-601测振仪功能信号发生器输出信号波形监视接到采集仪的第一通道。将速度传感器布置在激
振电机附近，速度传感器测得的信号接到ZJY-601测振仪的第一通道速度传感器输入口上，输出信号接到采集仪的第二通道。 4、ZJY-601测振仪功能选择旋钮置速度计的“v(mm/s)”档，放大增益可以在试验中根据波形大小设置。 5、调节ZJY-601测振仪信号源频率，震动稳定后，按鼠标左键，停下来读数，把光标移到第一通道的一个波峰处，参考幅值在右窗口中读取最大值所对应的点号NC值，记作N1′，向右移到相邻的峰值处读取相应的点号NC值，记作N1″，第一通道正弦信号的一个周期内的点数N1 = N1′- N1″； 6、把光标移到第二通道的一个波峰处，参考幅值在右窗口中读取最大值所对应的点号N值，记作N2′，向右移到相邻的峰值处读取相应的点号Ｎ值，记作N２″，第一通道正弦信号的一个周期内的点数N２=N2′- N2″； 7、改变参考信号频率，重复以上步骤，再做两次并记录试验数据。 8、按公式计算简谐振动的频率F x 。 9、改变电机转速重复以上实验步骤。 五、实验结果和分析 用双踪示波比较法测试简谐振动的频率
《理论力学实验》讲义 福州大学机械工程及自动化学院 机械设计系《工程力学》组编 二O O九年十一月
前言 科学和经济的发展，市场经济体系的建立，人才聘用的市场化，都对大学生的实际能力提出了很高的要求。培养和训练大学生的分析问题、解决问题的能力，培养和训练大学生的实践动手能力，是课程建设和课程教学的基本目标，为此，我们突破长期以来《理论力学》课程教学无实验的状态，初步建设了理论力学实验室，开展了《理论力学》实践教学活动。 《理论力学实验》作为《理论力学》新教学体系的重要组成部分，目的是通过这样一组实践教学环节的实施，开阔学生的眼界，加强《理论力学》的工程概念，了解这门课程与工程实际的紧密关系，培养、锻炼学生的创新思维和科研能力。大量与《理论力学》相关的产品和科研成果作为《理论力学实验》实践教学的内容，通过参观图片实物、实验演示以及学生自己观察、分析和动手实践达到实验的目的。实验的结果考核将采取填写实验报告、撰写小论文和交习作的形式进行。 目前，《理论力学实验》主要包括三项内容： 1、静力学、运动学和动力学创新应用实验。 2、动力学参数测定实验。 3、运动学和动力学计算机模拟仿真实验。
第一项实验 静力学、运动学和动力学创新应用实验 一． 实验目的 1、 通过大量工业产品和科技成果向学生展示《理论力学》的工程意义和工程应用，开阔学生的眼 界。 2、 通过学生对大量工业产品和科技成果的观察分析，通过学生动手操作，加深对《理论力学》基 本概念的理解，巩固力学分析方法的掌握。 3、 培养、训练学生的创新思维，提高、锻炼他们建立力学模型的能力。 二． 仪器设备 1、 挂图、照片。 2、 40余套产品、模型、设备和零部件。 三． 实验内容 （一） 静力学部分 （一）曲柄滚轮挤水拖把的受力分析与过程 其计算简图如图2，应用虚位移原理可以得出D F 和B F 的关系。
《理论力学实验》课程教学大纲 课程编号：课程名称：理论力学实验 英文名称：Theoretical Mechanics Experiment 是否独立设课：否课程性质：必修√□选修□课程类别：基础□专业基础√□专业□实验项目数：4 必做实验项目数：4 选做实验项目数：0 开放实验项目数：综合性、设计性实验数： 开课学期：第三学期开课院系：机电工程学院 课程总学时：54 实验学时：4 课程总学分：3.5 实验学分： 一、本实验课程的教学目标与任务 《理论力学》课程是机械类各专业的学科基础课。其主要任务是使学生掌握物体机械运动的一般规律。《理论力学实验》是本课程的实践环节和重要组成部分，其目的是通过这样一组实践教学环节的实施，加强《理论力学》的工程概念，了解这门课程与工程实际的紧密关系，培养和训练学生分析问题、解决问题的能力，培养和训练学生的实践动手能力，培养、锻炼学生的创新思维和科研能力。 二、本课程与其他课程的联系和分工 《理论力学》是机械类各专业的第一门学科基础课，它的任务是研究经典力学的普遍规律，使学生比较系统地掌握经典力学的基础知识，培养学生解决力学问题的能力，为学习后续课程《材料力学》、《机械原理》、《振动分析》、《分析力学》等打好基础。 三、实验课程内容和基本要求 本实验课程包含以下四个实验，要求学生在老师指导下实验准备、实验操作到撰写实验报告独立完成。 实验一、实验法求物体重量及重心（认识实验）
实验二、动滑动摩擦因子的测量 实验三、三线摆法求圆盘和物体的转动惯量 实验四、等效法求不规则物体转动惯量（认识实验） 四、教学安排及方式 理论力学实验6人一组，实验课定时开放，每次实验一般安排3小时，每个学生要求完成4个实验。其中实验一和实验四为认识实验，实验结束后要求写出实验体会或对此实验提出自己的改进方法。实验二和三要求完成实验报告。 五、考核方式 本实验课程要求完成实验报告，实验报告每人独立完成，至少在放假前15天将报告交上来；每人4次自做实验，缺少1次，实验成绩记为0分，本课程成绩为0分。 六、推荐教材及参考方案 本实验指导书及相关教材。
实验二：简谐振动幅值测量 、实验目的 1. 了解振动信号位移、速度、加速度之间的关系。 2?学会用速度传感器测量简谐振动的位移、速度、加速度幅值。 、实验装置框图 实验装置与仪器框图见图1。 图1实验装置框图 三、实验原理 在振动测量中，有时往往不需要测量振动信号的时间历程曲线，而只需要测量振动信 号的幅值。振动信号的幅值可根据位移、速度、加速度的关系，用位移传感器或速度传感 器、加速度传感器来测量。 设振动位移、速度、加速度分别为 x 、u 、a ，其幅值分别为X 、V 、A : x= Bsi A? ) ■-二矽二 Bco s (t -:) dt d 2y a = ― - - 2 Bs i n (t _ :) dt 2 式中：B ——位移振幅 ----------- 振动角频率 ： ——初相位 X=B 故： V = ? B = 2 二 fB A = 2 B =(2 二 f)2B 振动信号的幅值可根据式(4-2)中位移、速度、加速度的关系，分别用位移传感器、 度传感器或加速度传感器来测量。也可利用虚拟式信号分析仪和测振仪中的微分、积分功 能来测量。 四、实验方法 1. 激振信号源输出端接电动式激振器，用电动式激振器对简支梁激振。 2. 用速度传感器拾振，速度传感器的输出端接测振仪。 3. 开启激振信号源的电源开关，对系统施加交变的正弦激振力，使系统产生简谐振 动，调整信号源的输出调节开关便可改变振幅大小。调整信号源的输出调节开关时注意不 要过载。 (1)
4?分别用测振仪的位移X、速度V、加速度A各档进行测量和读数 五、实验结果与分析 1 ?实验数据表2- 1 2?根据位移X,按公式⑵计算速度V、加速度A。 3?根据速度V,按公式⑵计算位移X、加速度A o 4?根据加速度A,按公式（2）计算位移X、速度V o 5?位移、速度、加速度幅值的实测值与计算值有无差别？若有差别原因是什么？
大学 《理论力学》课程 教案 2006版 机械、土木等多学时各专业用 2006年8月 使用教材：《理论力学》，祥东主编，大学2006年第二版 《理论力学》，工业大学，高等教育2004年 《Engineering Mechanics理论力学》，昌棋等缩编， 大学2005年
参考文献 ［1］同济大学理论力学教研室，理论力学，同济大学，2001年 ［2］乔宏洲，理论力学，中国建筑工业，1997年 ［3］华东水利学院工程力学教研室，理论力学，高等教育，1984年 ［4］理论力学（第六版）工业大学理力教研室编． 普通高等教育“十五”国家级规划教材高等教育．2002年8月 ［5］理论力学（第3版）郝桐生编．教育科学“十五”国家规划课题研究成果高等教育．2003年9月 ［6］理论力学（第1版）武清玺奇主编． 教育科学“十五”国家规划课题研究成果高等教育．2003年8月 第1篇静力学 第1章静力学基本知识与物体的受力分析 一、目的要求 1．深入地理解力、刚体、平衡和约束等基本概念。 2．深入地理解静力学公理（或力的基本性质）。 3．明确和掌握约束的基本特征及约束反力的画法。 4．熟练而正确地对单个物体与物体系统进行受力分析，画出受力图。
二、基本容 1．重要概念 1）平衡：物体机械运动的一种特殊状态。在静力学中，若物体相对于地面保持静止或作匀速直线平动，则称物体处于平衡。 2）刚体：在力作用下或运动过程中不变形的物体。刚体是理论力学中的理想化力学模型。 3）约束：对非自由体的运动预加的限制条件。在刚体静力学中指限制研究对象运动的物体。约束对非自由体施加的力称为约束反力。约束反力的方向总是与约束所能阻碍的物体的运动或运动趋势的方向相反。 4）力：物体之间的一种相互机械作用。其作用效果可使物体的运动状态发生改变和使物体产生变形。前者称为力的运动效应或外效应，后者称为力的变形效应或效应，理论力学只研究力的外效应。力对物体作用的效应取决于力的大小、方向、作用点这三个要素，且满足平行四边形法则，故力是定位矢量。 5）力的分类： 集中力、分布力（体分布力、面分布力、线分布力） 主动力、约束反力 6）力系：同时作用于物体上的一群力称为力系。按其作用线所在的位置，力系可以分为平面力系和空间力系；按其作用线的相互关系，力系分为共线力系、平行力系、汇交力系和任意力系等等。 7）等效力系：分别作用于同一刚体上的两组力系，如果它们对该刚体的作用效果完全相同，则此两组力系互为等效力系。 8）平衡力系：若物体在某力系作用下保持平衡，则称此力系为平衡力系。 9）力的合成与分解：若力系与一个力F R等效，则力F R称为力系的合力，而力系中的各力称为合力F R的分力。用一个比原力系简单但作用效果相同的力系代替原力系称为力系的合成（简化）；反之，一个力F R用其分力代替，称为力的分解。 2．静力学公理及其推论 公理1：力的平行四边形法则 给出了最简单的力系的简化规律，也是较复杂力系简化的基础。另外，它也给出了将一个力分解为两个力的依据。 公理2：二力平衡条件
《理论力学》选择题集 编著 2004年12 月
1-1.两个力，它们的大小相等、方向相反和作用线沿同一直线。这是 (A)它们作用在物体系统上，使之处于平衡的必要和充分条件； (B)它们作用在刚体系统上，使之处于平衡的必要和充分条件； (C)它们作用在刚体上，使之处于平衡的必要条件，但不是充分条件； (D)它们作用在变形体上，使之处于平衡的必要条件，但不是充分条件； 1-2. 作用在同一刚体上的两个力F1和F2，若F1 = - F2，则表明这两个力 (A)必处于平衡； (B)大小相等，方向相同； (C)大小相等，方向相反，但不一定平衡； (D)必不平衡。 1-3. 若要在已知力系上加上或减去一组平衡力系，而不改变原力系的作用效果，则它们所作用的对象必需是 (A)同一个刚体系统； (B)同一个变形体； (C)同一个刚体，原力系为任何力系； (D)同一个刚体，且原力系是一个平衡力系。 1-4. 力的平行四边形公理中的两个分力和它们的合力的作用范围 (A)必须在同一个物体的同一点上； (B)可以在同一物体的不同点上； (C)可以在物体系统的不同物体上； (D)可以在两个刚体的不同点上。 1-5. 若要将作用力沿其作用线移动到其它点而不改变它的作用，则其移动范围 (A)必须在同一刚体内； (B)可以在不同刚体上； (C)可以在同一刚体系统上； (D)可以在同一个变形体内。 1-6. 作用与反作用公理的适用范围是 (A)只适用于刚体的内部； (B)只适用于平衡刚体的内部； (C)对任何宏观物体和物体系统都适用； (D)只适用于刚体和刚体系统。 1-7. 作用在刚体的同平面上的三个互不平行的力，它们的作用线汇交于一点，这是刚体平衡的 (A)必要条件，但不是充分条件； (B)充分条件，但不是必要条件； (C)必要条件和充分条件； (D)非必要条件，也不是充分条件。 1-8. 刚化公理适用于 (A)任何受力情况下的变形体； (B)只适用于处于平衡状态下的变形体； (C)任何受力情况下的物体系统；
《理论力学》 实验报告 班级： 姓名： 学号： 成绩：
实验一实验方法测定物体的重心 一、实验目的： 1、通过实验加深对合力概念的理解； 2、用悬挂法测取不规则物体的重心位置； 3、用称重法测物体的重心位置并用力学方法计算重量。 二、实验设备和仪器 1、理论力学多功能实验装置； 2、不规则物体（各种型钢组合体）； 3、连杆模型； 4、台秤。 三、实验原理 物体的重心的位置是固定不变的。再利用柔软细绳的受力特点和两力平
衡原理，我们可以用悬挂的方法决定重心的位置；又利用平面一般力系的平衡条件，可以测取杆件的重心位置和物体的重量。 物体的重量：21F F W +=；重心位置：W l F x C 1= 四、实验方法和步骤 A 、悬挂法 1、 从柜子里取出求重心用的组合型钢试件，用将把它描绘在一张白纸 上； 2、 用细索将其挂吊在上顶板前面的螺钉上（平面铅垂），使之保持静 止状态； 3、 用先前描好的白纸置于该模型后面，使描在白纸上的图形与实物重 叠。再用笔在沿悬线在白纸上画两个点，两点成一线，便可以决定此状态的重力作用线； 4、 变更悬挂点，重复上述步骤2-3，可画出另一条重力作用线； 5、 两条垂线相交点即为重心。 B 、称重法 1、 取出实验用连杆。将连杆一端放在台秤上，一端放在木架上，并使连杆保 持水平。 2、 读取台秤的读数，并记录； 3、 将连杆两端调换，并使摆杆保持水平； 4、 重复步骤2；
五、数据记录与处理 A、悬挂法（请同学另附图） B、称重法 六、注意事项 1、实验时应保持重力摆水平； 2、台称在使用前应调零。
实验二、四种不同类型载荷的比较实验 一、实验目的 1、了解四种常见的不同载荷； 2、比较四种不同类型载荷对承载体的作用力特性。 二、实验仪器和设备 1、理论力学多功能实验装置； 2、2kg台秤1台； 3、0.5kg重石英沙1袋； 4、偏心振动装置1个。 三、实验原理 渐加载荷、突加载荷、冲击载荷和振动载荷是常见的四种载荷。不同类型的载荷对承载体的作用力是不同的。将不同类型的载荷作用在同一台秤上，可以方便地观察到各自的作用力与时间的关系曲线，并进行相互比较。 四、实验方法和步骤 1、将台秤置于实验装置合适的位置并放平稳； 2、渐加载荷：取出装有石英沙的袋子，将沙子缓慢、渐渐地倒入台秤上的 托盘中，仔细观察台秤指针的变化，并描绘出作用力的时程曲线示意图； 3、突加载荷：将托盘中的石英沙装回原袋子，用手将沙袋拎起至刚好与托 盘分离时突然松手，仔细观察台秤指针的变化，并描绘出作用力的时程 曲线示意图；
《理论力学实验》讲义 前言 科学和经济的发展，市场经济体系的建立，人才聘用的市场化，都对大学生的实际能力提出了很高的要求。培养和训练大学生的分析问题、解决问题的能力，培养和训练大学生的实践动手能力，是课程建设和课程教学的基本目标，为此，我们突破长期以来《理论力学》课程教学无实验的状态，初步建设了理论力学实验室，开展了《理论力学》实践教学活动。 《理论力学实验》作为《理论力学》新教学体系的重要组成部分，目的是通过这样
一组实践教学环节的实施，开阔学生的眼界，加强《理论力学》的工程概念，了解这门课程与工程实际的紧密关系，培养、锻炼学生的创新思维和科研能力。大量与《理论力学》相关的产品和科研成果作为《理论力学实验》实践教学的容，通过参观图片实物、实验演示以及学生自己观察、分析和动手实践达到实验的目的。实验的结果考核将采取填写实验报告、撰写小论文和交习作的形式进行。 目前，《理论力学实验》主要包括三项容： 1、静力学、运动学和动力学创新应用实验。 2、动力学参数测定实验 3、运动学和动力学计算机模拟仿真实验。 第一项实验静力学、运动学和动力学创新应用实验 一．实验目的 1、通过大量工业产品和科技成果向学生展示《理论力学》的工程意义和工程应用，开阔学生的眼 界。 2、通过学生对大量工业产品和科技成果的观察分析，通过学生动手操作，加深对《理论力学》基 本概念的理解，巩固力学分析方法的掌握。 3、培养、训练学生的创新思维，提高、锻炼他们建立力学模型的能力。 二．仪器设备 1、挂图、照片。 2、40余套产品、模型、设备和零部件。
三． 实验容 （一） 静力学部分 （一）曲柄滚轮挤水拖把的受力分析与过程 其计算简图如图2，应用虚位移原理可以得出D F 和B F 的关系。
《理论力学》 实验报告 班级： 姓名： 学号： 成绩： 实验一 实验方法测定物体的重心 一、实验目的： 1、通过实验加深对合力概念的理解； 2、用悬挂法测取不规则物体的重心位置； 3、用称重法测物体的重心位置并用力学方法计算重量。 二、实验设备和仪器 1、理论力学多功能实验装置； 2、不规则物体（各种型钢组合体）； 3、连杆模型； 4、台秤。 三、实验原理 物体的重心的位置是固定不变的。再利用柔软细绳的受力特点和两力平衡原理，我们可以用悬挂的方法决定重心的位置；又利用平面一般力系的平衡条件，可以测取杆件的重心位置和物体的重量。 物体的重量：21F F W +=；重心位置：W l F x C 1= 四、实验方法和步骤 A 、悬挂法
1、从柜子里取出求重心用的组合型钢试件，用将把它描绘在一张白纸上； 2、用细索将其挂吊在上顶板前面的螺钉上（平面铅垂），使之保持静止状 态； 3、用先前描好的白纸置于该模型后面，使描在白纸上的图形与实物重叠。 再用笔在沿悬线在白纸上画两个点，两点成一线，便可以决定此状态的重力作用线； 4、变更悬挂点，重复上述步骤2-3，可画出另一条重力作用线； 5、两条垂线相交点即为重心。 B、称重法 1、取出实验用连杆。将连杆一端放在台秤上，一端放在木架上，并使连杆保 持水平。 2、读取台秤的读数，并记录； 3、将连杆两端调换，并使摆杆保持水平； 4、重复步骤2； 五、数据记录与处理 A、悬挂法（请同学另附图） B、称重法 1、实验时应保持重力摆水平； 2、台称在使用前应调零。
实验二、四种不同类型载荷的比较实验 一、实验目的 1、了解四种常见的不同载荷； 2、比较四种不同类型载荷对承载体的作用力特性。 二、实验仪器和设备 1、理论力学多功能实验装置； 2、2kg台秤1台； 3、0.5kg重石英沙1袋； 4、偏心振动装置1个。 三、实验原理 渐加载荷、突加载荷、冲击载荷和振动载荷是常见的四种载荷。不同类型的载荷对承载体的作用力是不同的。将不同类型的载荷作用在同一台秤上，可以方便地观察到各自的作用力与时间的关系曲线，并进行相互比较。 四、实验方法和步骤 1、将台秤置于实验装置合适的位置并放平稳； 2、渐加载荷：取出装有石英沙的袋子，将沙子缓慢、渐渐地倒入台秤上的 托盘中，仔细观察台秤指针的变化，并描绘出作用力的时程曲线示意图； 3、突加载荷：将托盘中的石英沙装回原袋子，用手将沙袋拎起至刚好与托 盘分离时突然松手，仔细观察台秤指针的变化，并描绘出作用力的时程 曲线示意图； 4、冲击载荷：再将沙袋拎起至某一高度（如5cm）后自由释放，沙袋对台秤 造成一定的冲击，仔细观察台秤指针的变化，并描绘出作用力的时程曲 线示意图； 5、振动载荷：用偏心振动装置代替沙袋。先打开偏心振动装置上的电源开 关让其上的电机旋转，然后轻轻置于台秤的托盘上。仔细观察台秤指针 的变化，并描绘出作用力的时程曲线示意图。 五、实验结果与数据处理 画出各种载荷的力与时间的关系曲线（见图）。 六、注意事项
实验法测量物体重心实验报告书 试验设备名称： 实验内容：1、悬吊法； 2、称量法； 3、观察渐加荷载、突加荷载、冲击荷载、振动荷载； 试验方法： 1、悬吊法：对组合型钢悬吊两次，利用二力平衡原理，用一张A4纸图示出重心位置。对于学习过CAD 绘图的同学，可以相机成像后输入到计算机内，用CAD 绘图技术找出重心位置。 实验结果的图形附于报告后。 2、称量法：连杆重量超出弹簧秤的称量范围，此时要称出连杆的重量，并确定其重心，就要应用理论力学中的合力矩定理。 1）首先将弹簧秤的托盘拿下，将弹簧秤调零； 2）将连杆两端分别放置在弹簧秤的中心，并将连杆侧放，支撑点对准弹簧秤的中心； 3）通过积木块，设法调整支撑点连线水平，记下弹簧秤的读数1F 和2F ；
4）根据平衡方程： 12N N F F W +=，12()N C N C F l x F x ?-=?，112 N C N N F l x F F ?=+ 即可得到连杆重量和重心位置。 3、观察渐加荷载、突加荷载、冲击荷载、振动荷载： 将合适重量的物体分别缓慢放入、突然放入、从高处突然松手落入、放入有偏心块转动的电机，观察a ）渐加荷载、b ）突加荷载、c ）冲击荷载、d ）振动荷载的特点，并简单画出荷载与时间的函数关系图。
测量动滑动摩擦因数实验报告书 试验设备名称： 实验内容：测量摩擦角； 测量动滑动摩擦因数； 试验方法： 1、测量摩擦角： 两名同学合作，在摩擦测试仪底板上放置好摩擦块，缓慢抬升摩擦测试仪底板，使其倾角慢慢增加，增加到某一角度，物块开始下滑，记下此时摩擦测试仪底板 O F t （a ） O F t （b ） O F t （c ） O F t （d ）
盛年不重来，一日难再晨。及时宜自勉，岁月不待人。 《理论力学实验》讲义 前言 科学和经济的发展，市场经济体系的建立，人才聘用的市场化，都对大学生的实际能力提出了很高的要求。培养和训练大学生的分析问题、解决问题的能力，培养和训练大学生的实践动手能力，是课程建设和课程教学的基本目标，为此，我们突破长期以来《理论力学》课程教学无实验的状态，初步建设了理论力学实验室，开展了《理论力学》实践教学活动。 《理论力学实验》作为《理论力学》新教学体系的重要组成部分，目的是通过这样
一组实践教学环节的实施，开阔学生的眼界，加强《理论力学》的工程概念，了解这门课程与工程实际的紧密关系，培养、锻炼学生的创新思维和科研能力。大量与《理论力学》相关的产品和科研成果作为《理论力学实验》实践教学的内容，通过参观图片实物、实验演示以及学生自己观察、分析和动手实践达到实验的目的。实验的结果考核将采取填写实验报告、撰写小论文和交习作的形式进行。 目前，《理论力学实验》主要包括三项内容： 1、静力学、运动学和动力学创新应用实验。 2、动力学参数测定实验 3、运动学和动力学计算机模拟仿真实验。 第一项实验静力学、运动学和动力学创新应用实验 一．实验目的 1、通过大量工业产品和科技成果向学生展示《理论力学》的工程意义和工程应用，开阔学生的眼 界。 2、通过学生对大量工业产品和科技成果的观察分析，通过学生动手操作，加深对《理论力学》基 本概念的理解，巩固力学分析方法的掌握。 3、培养、训练学生的创新思维，提高、锻炼他们建立力学模型的能力。 二．仪器设备 1、挂图、照片。 2、40余套产品、模型、设备和零部件。