2025年機(jī)械工程師考試真題解析試卷機(jī)械設(shè)計(jì)振動(dòng)與噪聲專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。下列選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)符合題意）1.一單自由度阻尼振動(dòng)系統(tǒng)，其阻尼比ζ<0.707，則系統(tǒng)自由振動(dòng)響應(yīng)表現(xiàn)為（）。A.衰減振蕩B.等幅振蕩C.減幅振蕩D.無(wú)阻尼振動(dòng)2.在多自由度系統(tǒng)的模態(tài)分析中，每個(gè)主振型對(duì)應(yīng)的固有頻率是（）。A.唯一的B.多重的C.隨機(jī)變化的D.與初始條件有關(guān)3.對(duì)于線(xiàn)性系統(tǒng)，若輸入是簡(jiǎn)諧力，則穩(wěn)態(tài)輸出響應(yīng)的頻率（）。A.高于輸入頻率B.低于輸入頻率C.等于輸入頻率D.與輸入頻率成反比4.功率譜密度函數(shù)S(f)表示（）。A.振動(dòng)位移的均方值B.振動(dòng)速度的均方值C.振動(dòng)加速度的均方值D.單位頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)能量或功率5.機(jī)械疲勞破壞通常發(fā)生在（）。A.靜載荷作用下B.持續(xù)不變的動(dòng)載荷作用下C.周期性變載荷作用下D.偶爾的沖擊載荷作用下6.產(chǎn)生機(jī)械噪聲的主要物理原因是（）。A.介質(zhì)的粘滯性B.機(jī)械部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或變形C.介質(zhì)的壓縮性D.聲波的傳播7.聲壓級(jí)（SPL）與聲壓（p）的關(guān)系是（）。A.線(xiàn)性關(guān)系B.指數(shù)關(guān)系C.對(duì)數(shù)關(guān)系D.平方關(guān)系8.在噪聲控制中，吸聲材料主要利用其（）特性來(lái)吸收聲能。A.隔聲B.透聲C.多孔疏松D.密度大9.隔振設(shè)計(jì)的主要目的是（）。A.消除噪聲源B.減少振動(dòng)在結(jié)構(gòu)中的傳播C.增加系統(tǒng)的固有頻率D.提高系統(tǒng)的阻尼10.噪聲傳播途徑上最有效的控制措施之一是設(shè)置（）。A.吸聲屏障B.隔聲罩C.阻尼器D.隔振基礎(chǔ)二、填空題（每空2分，共20分）1.一個(gè)無(wú)阻尼單自由度系統(tǒng)受到簡(jiǎn)諧力F0sin(ωt)作用，其穩(wěn)態(tài)振動(dòng)的振幅與激振力頻率ω的關(guān)系通常在ω=ωn處出現(xiàn)峰值，這種現(xiàn)象稱(chēng)為_(kāi)_____。2.描述振動(dòng)系統(tǒng)自由振動(dòng)衰減快慢的參數(shù)是______，其值介于0和1之間。3.對(duì)于阻尼振動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)數(shù)衰減率δ與阻尼比ζ的關(guān)系為_(kāi)_____。4.噪聲的頻率成分可以用______來(lái)描述。5.聲音在空氣中以______形式傳播。6.當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率等于外部激勵(lì)頻率時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)生劇烈振動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為_(kāi)_____。7.在噪聲控制中，利用重而密實(shí)的材料阻擋噪聲傳播的方法稱(chēng)為_(kāi)_____。8.消除或減弱振動(dòng)傳遞的常用方法有______和______兩種基本類(lèi)型。9.計(jì)算機(jī)械結(jié)構(gòu)在隨機(jī)振動(dòng)載荷作用下的疲勞壽命，通常需要考慮載荷的______和結(jié)構(gòu)的______。10.為了有效降低低頻噪聲，常采用______吸聲結(jié)構(gòu)。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述提高機(jī)械系統(tǒng)固有頻率的常用設(shè)計(jì)方法。2.簡(jiǎn)述主動(dòng)噪聲控制與被動(dòng)噪聲控制的基本原理的區(qū)別。3.簡(jiǎn)述振動(dòng)測(cè)試中，測(cè)量振動(dòng)位移、速度和加速度的適用場(chǎng)景及其主要區(qū)別。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.一質(zhì)量為m=2kg的單自由度阻尼振動(dòng)系統(tǒng)，其彈簧剛度k=100N/m，阻尼系數(shù)c=4Ns/m。系統(tǒng)受到水平方向的簡(jiǎn)諧力F(t)=10sin(10t)N作用。求：(1)系統(tǒng)的固有頻率ωn；(2)阻尼比ζ；(3)穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng)的振幅。2.某設(shè)備產(chǎn)生的噪聲在距離其1米處的聲壓級(jí)為80dB(A)。若要求在距離其10米處的工作場(chǎng)所噪聲得到控制，其聲壓級(jí)不得超過(guò)65dB(A)。試估算需要設(shè)置多厚的隔聲屏（假設(shè)隔聲屏插入損失為20dB，空氣傳播衰減為3dB/倍頻程，且忽略地面和地面?zhèn)鞑サ挠绊懀?。五、分析題（10分）某精密設(shè)備對(duì)振動(dòng)非常敏感，其允許的振動(dòng)烈度（有效值）在頻率50Hz時(shí)不超過(guò)1.0mm/s。設(shè)備安裝在基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)的振動(dòng)由外部環(huán)境引起。通過(guò)測(cè)試得知，基礎(chǔ)在50Hz時(shí)的振動(dòng)加速度有效值約為0.5m/s2。若要在設(shè)備與基礎(chǔ)之間安裝隔振裝置，使其傳到設(shè)備上的振動(dòng)烈度滿(mǎn)足要求，試分析隔振裝置應(yīng)具備怎樣的性能指標(biāo)（如固有頻率、阻尼比），并簡(jiǎn)要說(shuō)明選擇這些指標(biāo)的理由。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.C4.D5.C6.B7.C8.C9.B10.B二、填空題1.共振2.阻尼比3.δ=2πζ4.頻譜5.波6.共振7.隔聲8.隔振，阻尼9.譜密度，疲勞特性10.薄板共振三、簡(jiǎn)答題1.提高系統(tǒng)剛度k，減小系統(tǒng)質(zhì)量m。2.主動(dòng)噪聲控制通過(guò)產(chǎn)生反相位的噪聲來(lái)抵消原噪聲；被動(dòng)噪聲控制通過(guò)吸聲、隔聲、阻尼等手段減弱噪聲。3.位移傳感器適用于測(cè)量柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)或低頻振動(dòng)；速度傳感器適用于中頻振動(dòng)；加速度傳感器適用于測(cè)量高頻振動(dòng)或沖擊，也常用于振動(dòng)烈度測(cè)量。四、計(jì)算題1.(1)ωn=√(k/m)=√(100/2)=10rad/s(2)ζ=c/(2√(km))=4/(2√(100*2))=4/(2*10)=0.2(3)傳遞率TR=√((1-((ω/(ωn))^2))/(1-((ω/(ωn))^2)+4ζ^2))=√((1-(10/10)^2)/(1-(10/10)^2)+4*0.2^2))=√((1-1)/(1-1+0.16))=√(0/0.16)=0振幅X=TR*F0/ks=0*10/100=0(理論上，實(shí)際有微小振幅)*解析思路：*(1)根據(jù)公式ωn=√(k/m)計(jì)算固有頻率。(2)根據(jù)公式ζ=c/(2√(km))計(jì)算阻尼比。(3)計(jì)算強(qiáng)迫振動(dòng)的傳遞率TR，代入ω=10rad/s,ωn=10rad/s,ζ=0.2，得到TR=0，說(shuō)明在ω=ωn時(shí)理論上振幅為零（考慮了臨界阻尼或系統(tǒng)被精確調(diào)諧）。實(shí)際中因阻尼不為零且有激勵(lì)，會(huì)有微小振幅。2.L總=L隔聲+L空氣80-65=L隔聲+10*315=L隔聲L隔聲屏=15dB*解析思路：*根據(jù)聲級(jí)衰減公式，總衰減=隔聲衰減+空氣衰減。已知初始聲級(jí)、最終聲級(jí)和空氣衰減（3dB/倍頻程，距離增加9倍頻程，故衰減27dB，但題目簡(jiǎn)化為10米處衰減3dB），計(jì)算所需隔聲屏的插入損失。注意題目中空氣衰減給法可能簡(jiǎn)化，按距離增加10米，可近似按點(diǎn)源自由空間衰減1/r計(jì)算，20log(r2/r1)=20log(10/1)=20log10=20dB，但題目提示3dB/倍頻程，可能指頻率變化導(dǎo)致，此處按簡(jiǎn)化公式計(jì)算。若按20dB計(jì)算，則L隔聲=15-3=12dB。此處按題目直接給定的關(guān)系式計(jì)算。五、分析題(1)設(shè)備允許振動(dòng)烈度Xe=1.0mm/s(有效值)，頻率f=50Hz?；A(chǔ)振動(dòng)烈度Xb=0.5m/s2(有效值)。需要隔振效率η，使得Xd=Xb*√η≤Xe?！苔恰躕e/Xb=1.0mm/s/(0.5m/s2)=0.001m/m=0.001η≤0.0012=0.000001=10??(效率極低，不可能實(shí)現(xiàn)，說(shuō)明題目條件矛盾或需其他控制手段)*修正思路：*假設(shè)題目意圖是烈度從加速度轉(zhuǎn)換。基礎(chǔ)振動(dòng)速度有效值Vb=√(Xb2+(πfAb2))≈√(0.52+(π*50*0.52))≈√(0.25+392.7)≈√392.95≈19.8mm/s設(shè)備允許速度Ve=1.0mm/sVd=Vb*√η≤Ve√η≤Ve/Vb=1.0mm/s/19.8mm/s≈0.05η≤0.052=0.0025=25%(2)為達(dá)到約25%的隔振效率，根據(jù)隔振理論，當(dāng)ζ=0.7時(shí)，隔振效率η≈26%。此時(shí)需要：固有頻率ωn：ωn=ω/√η=50rad/s/√0.75≈50/0.866=57.7rad/s即固有頻率fn=ωn/2π≈57.7/6.28≈9.2Hz。選擇略高于此頻率值的隔振裝置，例如選取fn=10Hz。阻尼比ζ：取ζ=0.7。*解析思路：*(1)首先判斷直接隔振是否可行。設(shè)備允許的振動(dòng)烈度（速度）遠(yuǎn)小于基礎(chǔ)振動(dòng)烈度（加速度），若基礎(chǔ)為簡(jiǎn)諧振動(dòng)，則傳遞到設(shè)備上的速度會(huì)非常小。此處計(jì)算表明傳遞效率極低，接近無(wú)法隔振，提示題目條件可能不合理或需考慮其他控制方式（如基礎(chǔ)減振）。若