基于Matlab Simulink的物理实验——简谐振动仿真研究

以简谐振动和阻尼振动仿真为例介绍了用Simulink对物理实验进行仿真建模的方法。给出了位移、速度等振动曲线;可对振动过程中的动能、势能以及机械能进行监测。体现出Simulink仿真物理实验的优越性。     

基于Simulink和VR技术的三维空间电子运动研究

以电子示波器中电子的运动模型为例,探讨了结合Simulink软件和虚拟现实编程语言在虚拟物理实验中应用问题。通过虚拟现实编程语言创建电子运动环境的三维模型,利用Simulink构建了较为完善的、严格遵循客观物理定律并且不以人的主观意识改变的仿真系统。给出了电子在三维空间运动的动画,和不同频率比的李萨如图形。体现出Simulink虚拟现实工具箱仿真物理实验的便捷性、可靠性和科学性。     

基于LabVIEW的单摆振动图像的探究实验

针对传统实验的不足,结合数据采集和虚拟仪器测量技术,开发了基于LabVIEW的单摆振动图像的探究实验装置,实现了单摆振动图像的绘制、单摆周期的测量和当地重力加速度的计算,直观地展示了单摆振动图像,提高了可视化效果和测量精度,降低操作难度,并将单摆振动图像演示实验和用单摆测定重力加速度实验进行了整合,提高了测量效率.     

用CBL演示单摆的振动

通过单摆振动的演示实验,介绍手持式CBL数据采集设备在物理实验中的应用。     

自制单摆振动图像描绘实验仪

为获得简谐运动的清晰图像,自制了单摆振动图像描绘实验仪.实验将带有放电针的单摆与高压脉冲的电极相连,在单摆下方放置一匀速运动的纸带,当单摆振动时,由尖端放电原理可知,在纸带上将描绘出单摆振动的图像.     

三体耦合物理摆振动研究

利用ＪＧＷ Ｙ－２ 型双单摆及多摆振动示波装置〔１〕, 从理论和实验两方面分析和研究了三体耦合物理摆在平衡位置附近的微振动过程, 得到了三体耦合物理摆振动解的数学表达式, 并对拍现象作了解释．     

单摆振动实验数字化演示的定量分析

单摆振动实验的数字化传输和演示是实验教学中的一个值得讨论的基本问题．当前单摆振动实验的研究以定性建立理论模型为主，只能得到单摆振动的示意图像，且实验效果不好．本文针对当前的单摆振动实验进行改进，并通过定量计算，给出较精确的实验设计要求，得到了很好的实验效果，为该实验提供完善的理论依据和技术指导．除此之外，本文提出的实验方案不仅适用于单摆的简谐振动还适用于各种阻尼振动。     

摆球运动的仿真设计

物体的摆动是自然界最基本的运动形式之一,同时也是力学课程中的基础内容之一.在牛顿力学与拉格朗日力学原理指导下本文利用数学软件Maple强大的计算与图形制作功能对大角度单摆、双摆、有阻力情况下的傅科摆运动问题进行了分析计算,并制作其运动的仿真动画,以精确、生动、形象的动画反映摆球运动的物理规律,实现了可视化教学的目的.     

单摆振动实验的改进

一般物理课本(如高中乙种本)在叙述单摆振动定律的演示时,每一步要让单摆振动50次,整个实验要让单摆振动几百次,还要测出时间,算出周期,比较它与振幅、质量、摆长等几组数据,找出相应的关系,费去的时间太多,势必挤掉讲解课文和其他教学环节应有的时间,影响教学效果。在考察单摆振动周期跟重力加速度的关系时,一般学校都不进行演示,师生总感到美中不足。下面谈谈我们的改进做法。     

用磁钢演示振动实验

利用电磁感应现象来演示振动中的阻尼振动、强迫振动、共振等实验有下列特点,即装置简单、操作容易、现象明显、直观.特别在有些普通物理教材中将振动一章放在电磁学后面,任课教师就特别喜欢使用这些实验.因为这此实验既能用来演示振动,还可以复习电磁感应原理及其应用,一举两得.利用磁钢演示振动实验可分为磁性弹簧振子和磁性单摆两种,下面将分别介绍:     

从机械能守恒的角度推导单摆简谐振动的周期

本文给出了利用基本的物理原理结合高等数学公式的方法推导单摆做简谐运动的周期公式,可以简明扼要地理解单摆简谐运动的过程.     

单摆运动的实时测量

对传统单摆装置进行改进,在摆球上安装小金属探针,用软导线做摆线,在单摆下方放置带电水槽,使单摆摆动时探针在水面划动,将振动量转化为电位量,实现了单摆振动的实时测量.     

动力吸振器中库仑阻尼对吸振性能的影响

研究了动力吸振器中库仑阻尼(干摩擦)对吸振性能的影响。给出了库仑摩擦模型,在考虑了吸振器中的库仑阻尼的情况下,分析了库仑阻尼引起的主振动系统与附加质量块的2种相对运动状态(滑移和粘滞)以及它们存在和转换的条件,讨论了因库仑阻尼引起的吸振器自由度冻结现象;用Simulink仿真工具对非线性吸振器进行了数值仿真,研究了谐波和白噪声激励下库仑阻尼对吸振器吸振性能的影响以及库仑阻尼与线性阻尼的等效问题。结果显示:弱激励条件下,非线性吸振器减弱吸振效果,强激励条件下增强吸振效果。     

复摆的振动分析

研究复摆的非线性振动，从能量和摆角两个方面来分析它们对复摆运动的影响，用第一类完全椭圆积分求出了复摆振动的解和周期，对非线性特征进行了分析。     

The effective damping approach to design a dynamic vibration absorber using Coriolis force

In this paper, the vibration reduction of a pendulum structure with dynamic vibration absorber (DVA) using Coriolis force is investigated. When the pendulum structure is subjected to a single harmonic excitation, the effective damping of Coriolis force is used with the second-order approximations to obtain the closed forms of optimal parameters of the DVA. The closed forms obtained show that the natural frequency of the absorber should be tuned to twice that of the pendulum. The closed forms of optimal parameters are verified by numerical optimization. The modified forms of optimal parameters are proposed to be used in case of general excitation. Base on this modified form, the design procedure is demonstrated by the numerical calculation of the free vibration and wind-induced vibration of a ropeway gondola.     

补偿转向盘振动力矩的控制策略研究

在Matlab/Simulink中建立了电动助力转向系统动力学模型,根据路感信息与不平路面引起的振动干扰在频率上的区别,经过高通滤波检测出路面不平整产生的转向系统干扰力矩,通过助力电机提供相反大小的力矩对其进行补偿。针对路感信息与路面振动干扰在频率上区分界限的不固定性,设计了一种在线可调节滤波器截止频率的控制方法,避免对车辆路感信息正常传递的影响。仿真结果表明,所设计的补偿控制策略能够有效衰减不平路面干扰力矩到方向盘的传递。     

单摆系统的振动研究

通过求解变张力弦振动微分方程的边值问题,给出摆线与摆球的质量比为任意值时单摆系统运动的一般解和本征频率满足的方程.利用该方程求得高精度的单摆系统周期数值解,特别是拟合出单摆系统作基频振动时一个范围大、精度高的周期近似公式.同时将理论与实验进行比较,结果二者相符.     

一种采用双换能器和摆式结构的宽频振动能量采集器

针对悬臂梁振动能量采集器在大振幅振动下梁容易断裂的缺点,本文提出了一种基于摆式结构的具有宽频和倍频特性的振动能量采集器,该采集器由两个Terfenol-D/PMN-PT/Terfenol-D磁电换能器和嵌有六个磁铁的旋转摆构成.文中建立了摆式结构的摆动方程,分析了采集器的频率响应特性以及谐振时的机-磁-电转换特性,并对采集器输出电压波形进行了频谱分析.理论和实验研究表明:该采集器具有宽频和倍频特性,采集器样机在1 g(1 g=9.8 m/s~2)有效值加速度振动下,向下扫频时的半功率带宽达到4.8 Hz,且能在f=16.9 Hz的振动下获得3.569 mW的负载功率.利用双换能器以及采集器的倍频和宽频特性,能有效地提高低频时采集器的输出功率.     

微机在三线摆实验中的应用

在三线摆测量转动惯量的实验中，利用微机的串行口来记录三线摆的振动周期。