工程振動(dòng)理論與測(cè)試技術(shù)

前言

　　工程振動(dòng)問(wèn)題是近代物理學(xué)和科學(xué)技術(shù)眾多領(lǐng)域中的重要課題。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)力結(jié)構(gòu)有向大型化、高速化、復(fù)雜化和輕量化發(fā)展的趨勢(shì)，由此而帶來(lái)的工程振動(dòng)問(wèn)題更為突出。工程振動(dòng)在當(dāng)今不僅作為基礎(chǔ)科學(xué)的一個(gè)重要分支，而且正走向工程科學(xué)發(fā)展的道路，它在機(jī)械、航空、航天、船舶、車輛、建筑和水利等工業(yè)技術(shù)部門(mén)中占有愈來(lái)愈重要的地位。因此，掌握工程振動(dòng)理論與測(cè)試技術(shù)的基本概念、原理和分析方法，從而解決現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工程實(shí)際問(wèn)題中的振動(dòng)問(wèn)題是十分重要的?！　〗鉀Q工程振動(dòng)問(wèn)題有兩種方法。一種是解析的方法，即計(jì)算方法。它主要是通過(guò)建立理論模型的運(yùn)動(dòng)微分方程組，通過(guò)理論求解得到動(dòng)力系統(tǒng)的響應(yīng)，從而達(dá)到解決振動(dòng)問(wèn)題的目的。此內(nèi)容在本書(shū)第一篇加以介紹。另一種方法是工程測(cè)試的方法，即實(shí)驗(yàn)方法。它是采用某種激勵(lì)的方法使系統(tǒng)產(chǎn)生一定的振動(dòng)響應(yīng)，或通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，利用有關(guān)儀器、設(shè)備直接得到系統(tǒng)的響應(yīng)，從而達(dá)到解決振動(dòng)問(wèn)題的目的；或者利用所得到的響應(yīng)結(jié)果，進(jìn)行參數(shù)識(shí)別，從而驗(yàn)證第一種方法的正確性，推動(dòng)理論分析的發(fā)展。此內(nèi)容在本書(shū)第二篇加以介紹。　　上述兩種方法具有相輔相成的作用。兩種方法的結(jié)合運(yùn)用是解決工程振動(dòng)問(wèn)題的有效方法。鑒于此，本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，將兩種方法既融會(huì)貫通，又獨(dú)立成篇，以利于讀者參考、查閱及自學(xué)。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中本著由淺入深、通俗易懂的原則，以務(wù)實(shí)為根本，著重介紹了有關(guān)的基本概念和原理，從而避免了繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。它為工程技術(shù)人員的初學(xué)和應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件?！　”緯?shū)在編寫(xiě)方法上，一是確定了基本要求和學(xué)習(xí)重點(diǎn)，加強(qiáng)了基本概念、基本理論和基本分析方法的應(yīng)用；二是適度加強(qiáng)了基本功訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者首先掌握分析問(wèn)題的方法和思路，進(jìn)而增強(qiáng)邏輯思維能力和解決問(wèn)題的能力，為其自學(xué)、深造和拓寬知識(shí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；三是大膽地推陳出新，注意引進(jìn)新概念、新理論、新方法、新技術(shù)和新科技成果，根據(jù)工程振動(dòng)理論與測(cè)試技術(shù)的特點(diǎn)精選經(jīng)典內(nèi)容，提高起點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)際，反映現(xiàn)代分析方法、數(shù)值計(jì)算分析和工程測(cè)試技術(shù)的發(fā)展等等。以上三點(diǎn)構(gòu)成了本書(shū)的特色。

內(nèi)容概要

本書(shū)為教育部研究生工作辦公室推薦的研究生教學(xué)用書(shū)。本書(shū)共分兩篇16章。第一篇系統(tǒng)地介紹了結(jié)構(gòu)振動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)的基本原理及其在工程中的應(yīng)用。內(nèi)容主要包括：?jiǎn)巫杂啥认到y(tǒng)、多自由度系統(tǒng)和彈性體的自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)的理論和方法，振動(dòng)控制理論、非線性振動(dòng)理論以及在工程中行之有效的數(shù)值計(jì)算方法、有限元法等。第二篇論述了有關(guān)工程振動(dòng)測(cè)試技術(shù)的基本理論及現(xiàn)代工程測(cè)試技術(shù)在工程中的實(shí)際應(yīng)用。內(nèi)容主要包括：振動(dòng)傳感器、測(cè)試系統(tǒng)、激振設(shè)備和激光測(cè)振儀的工作原理及應(yīng)用和校準(zhǔn)，基本振動(dòng)參數(shù)的測(cè)量、模擬平穩(wěn)信號(hào)分析、數(shù)字信號(hào)分析、實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析簡(jiǎn)介、參數(shù)識(shí)別及工程應(yīng)用實(shí)例。    本書(shū)內(nèi)容豐富，通俗易懂，由淺入深，以務(wù)實(shí)為根本，既可作為高等工科院校研究生或力學(xué)專業(yè)本科生的工程振動(dòng)理論與測(cè)試技術(shù)課程的教材或教學(xué)參考書(shū)，也適合于從事機(jī)械、航空、航天、船舶、車輛、建筑和水利等的工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

第一篇  工程振動(dòng)理論　引言　第1章 振動(dòng)的基本理論  　1.1 振動(dòng)激勵(lì)函數(shù)　  1.2  簡(jiǎn)諧振動(dòng)　  1.3  周期振動(dòng)的諧波分析　  1.4  非周期函數(shù)的連續(xù)頻譜　  1.5　拉普拉斯變換　  習(xí)題　第2章  單自由度系統(tǒng)的振動(dòng)　  2.1　無(wú)阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)　  2.2　計(jì)算固有頻率的能量法　  2.3　瑞利法　  2.4　有阻尼系統(tǒng)的衰減振動(dòng)　  2.5　簡(jiǎn)諧激勵(lì)作用下的受迫振動(dòng)　  2.6　周期激勵(lì)作用下的受迫振動(dòng)　  2.7　任意激勵(lì)作用下的受迫振動(dòng)　  2.8　響應(yīng)譜　  習(xí)題　第3章　兩自由度系統(tǒng)的振動(dòng)　  3.1  兩自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)　  3.2　拍振　  3.3　坐標(biāo)的耦聯(lián)　  3.4　兩自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)　  習(xí)題　第4章  多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)　  4.1  變分原理與拉格朗日運(yùn)動(dòng)方程　  4.2　多自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分方程　  4.3　固有頻率主振型　  4.4　主坐標(biāo)和正則坐標(biāo)　  4.5　固有頻率相等的情形　  4.6　無(wú)阻尼振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)初始條件的響應(yīng)　  4.7　質(zhì)量、剛度的變化對(duì)固有頻率的影響　  4.8　無(wú)阻尼振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)　  4.9　有阻尼振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)　  習(xí)題　第5章  多自由度振動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)值方法　  5.1　瑞利能量法　  5.2　里茲法　  5.3　鄧克利法　  5.4　矩陣迭代法　  5.5　子空間迭代法　  5.6　傳遞矩陣法　  習(xí)題　第6章　振動(dòng)控制　  6.1　振動(dòng)的被動(dòng)控制技術(shù)　  6.2　隔振　  6.3　阻振　  6.4　動(dòng)力減振器　  6.5　振動(dòng)的主動(dòng)控制技術(shù)　  習(xí)題　第7章　振動(dòng)問(wèn)題的有限元法　  7.1　單元體的運(yùn)動(dòng)方程式　  7.2　單元體的特性分析　  7.3　質(zhì)量矩陣　  7.4　坐標(biāo)轉(zhuǎn)換　  7.5　固有頻率及主振型　  7.6　系統(tǒng)的響應(yīng)　  習(xí)題　第8章　彈性體的一維振動(dòng)　  8.1　桿的縱向振動(dòng)　  8.2　桿的縱向受迫振動(dòng)  　8.3　梁的橫向自由振動(dòng)　  8.4　梁的橫向受迫振動(dòng)　  8.5　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、剪切應(yīng)變對(duì)梁振動(dòng)的影響　  8.6　軸向力作用對(duì)梁的橫向振動(dòng)的影響　  8.7　梁橫向振動(dòng)的近似解法　  習(xí)題　第9章　彈性體的復(fù)雜振動(dòng)……　第10章　非線性振動(dòng)第二篇　測(cè)試技術(shù)　引言　第11章　振動(dòng)傳感器的工作原理　第12章　振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)　第13章　基本振動(dòng)參數(shù)的測(cè)量及模擬平穩(wěn)信號(hào)分析　第14章　數(shù)字信號(hào)分析　第15章　實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析簡(jiǎn)介　第16章　激光濁振原理及應(yīng)用附錄習(xí)題答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第一篇 工程振動(dòng)理論　　機(jī)械振動(dòng)是指物體在其穩(wěn)定的平衡位置附近所作的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這是物體的一種特殊形式的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)物體的位移、速度和加速度等物理量都是隨時(shí)間往復(fù)變化的。　　機(jī)械振動(dòng)是一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，如橋梁、機(jī)床的振動(dòng)，鐘擺的擺動(dòng)，飛機(jī)機(jī)翼的顫動(dòng)，汽車運(yùn)行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和車體的振動(dòng)等等。振動(dòng)的存在會(huì)影響機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使機(jī)床的加工精度、精密儀器的靈敏度下降，嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)機(jī)器或建筑結(jié)構(gòu)的毀壞；此外，還會(huì)引發(fā)噪聲、污染環(huán)境，這是不利的一面。另一方面，人們利用機(jī)械振動(dòng)，設(shè)計(jì)制造了眾多的機(jī)械設(shè)備和儀器儀表，如振動(dòng)篩選機(jī)、振動(dòng)研磨機(jī)、振動(dòng)輸送機(jī)、振動(dòng)打樁機(jī)、混凝土振搗器以及測(cè)量傳感器、鐘表計(jì)時(shí)儀器、振子示波器等等。隨著機(jī)器設(shè)備向著大型、高速、高效和自動(dòng)化諸方面發(fā)展，需要分析處理的振動(dòng)問(wèn)題愈來(lái)愈重要。因此，掌握機(jī)械振動(dòng)的基本理論，正確地運(yùn)用它，對(duì)于設(shè)計(jì)制造安全可靠和性能優(yōu)良的機(jī)器、儀器儀表、建筑結(jié)構(gòu)以及各種交通運(yùn)輸工具，并有效地抑制、防止振動(dòng)帶來(lái)的危害是十分必要的?！　榱吮阌谘芯空駝?dòng)現(xiàn)象的基本特征，需要將研究對(duì)象進(jìn)行適當(dāng)?shù)睾?jiǎn)化和抽象，形成一種分析研究振動(dòng)現(xiàn)象的理想化模型，在選擇的力學(xué)模型中，它可能是一個(gè)零部件、一臺(tái)機(jī)器或者一個(gè)完整的工程結(jié)構(gòu)等，都被稱為系統(tǒng)，即振動(dòng)系統(tǒng)。振動(dòng)系統(tǒng)可以分為兩大類：連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)。具有連續(xù)分布的質(zhì)量與彈性的系統(tǒng)，稱為連續(xù)彈性體系統(tǒng)，并同時(shí)符合理想彈性體的基本假設(shè)，即均勻、各向同性并服從胡克定律。由于確定彈性體上無(wú)數(shù)質(zhì)點(diǎn)的位置需要無(wú)限多個(gè)坐標(biāo)，因此彈性體是具有無(wú)限多自由度的系統(tǒng)，它的振動(dòng)規(guī)律要用時(shí)間和空間坐標(biāo)的函數(shù)來(lái)描述，其運(yùn)動(dòng)方程是偏微分方程。

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