工程振動理論與測試技術

前言

　　工程振動問題是近代物理學和科學技術眾多領域中的重要課題。隨著生產技術的發(fā)展，動力結構有向大型化、高速化、復雜化和輕量化發(fā)展的趨勢，由此而帶來的工程振動問題更為突出。工程振動在當今不僅作為基礎科學的一個重要分支，而且正走向工程科學發(fā)展的道路，它在機械、航空、航天、船舶、車輛、建筑和水利等工業(yè)技術部門中占有愈來愈重要的地位。因此，掌握工程振動理論與測試技術的基本概念、原理和分析方法，從而解決現代科學技術和工程實際問題中的振動問題是十分重要的?！　〗鉀Q工程振動問題有兩種方法。一種是解析的方法，即計算方法。它主要是通過建立理論模型的運動微分方程組，通過理論求解得到動力系統(tǒng)的響應，從而達到解決振動問題的目的。此內容在本書第一篇加以介紹。另一種方法是工程測試的方法，即實驗方法。它是采用某種激勵的方法使系統(tǒng)產生一定的振動響應，或通過現場實測，利用有關儀器、設備直接得到系統(tǒng)的響應，從而達到解決振動問題的目的；或者利用所得到的響應結果，進行參數識別，從而驗證第一種方法的正確性，推動理論分析的發(fā)展。此內容在本書第二篇加以介紹?！　∩鲜鰞煞N方法具有相輔相成的作用。兩種方法的結合運用是解決工程振動問題的有效方法。鑒于此，本書在編寫過程中，將兩種方法既融會貫通，又獨立成篇，以利于讀者參考、查閱及自學。本書在編寫過程中本著由淺入深、通俗易懂的原則，以務實為根本，著重介紹了有關的基本概念和原理，從而避免了繁瑣的數學推導。它為工程技術人員的初學和應用創(chuàng)造了有利條件?！　”緯诰帉懛椒ㄉ希皇谴_定了基本要求和學習重點，加強了基本概念、基本理論和基本分析方法的應用；二是適度加強了基本功訓練，引導學習者首先掌握分析問題的方法和思路，進而增強邏輯思維能力和解決問題的能力，為其自學、深造和拓寬知識打下堅實的基礎；三是大膽地推陳出新，注意引進新概念、新理論、新方法、新技術和新科技成果，根據工程振動理論與測試技術的特點精選經典內容，提高起點，結合工程實際，反映現代分析方法、數值計算分析和工程測試技術的發(fā)展等等。以上三點構成了本書的特色。

內容概要

本書為教育部研究生工作辦公室推薦的研究生教學用書。本書共分兩篇16章。第一篇系統(tǒng)地介紹了結構振動和機械振動的基本原理及其在工程中的應用。內容主要包括：單自由度系統(tǒng)、多自由度系統(tǒng)和彈性體的自由振動、受迫振動的理論和方法，振動控制理論、非線性振動理論以及在工程中行之有效的數值計算方法、有限元法等。第二篇論述了有關工程振動測試技術的基本理論及現代工程測試技術在工程中的實際應用。內容主要包括：振動傳感器、測試系統(tǒng)、激振設備和激光測振儀的工作原理及應用和校準，基本振動參數的測量、模擬平穩(wěn)信號分析、數字信號分析、實驗模態(tài)分析簡介、參數識別及工程應用實例。    本書內容豐富，通俗易懂，由淺入深，以務實為根本，既可作為高等工科院校研究生或力學專業(yè)本科生的工程振動理論與測試技術課程的教材或教學參考書，也適合于從事機械、航空、航天、船舶、車輛、建筑和水利等的工程技術人員參考。

書籍目錄

第一篇  工程振動理論　引言　第1章 振動的基本理論  　1.1 振動激勵函數　  1.2  簡諧振動　  1.3  周期振動的諧波分析　  1.4  非周期函數的連續(xù)頻譜　  1.5　拉普拉斯變換　  習題　第2章  單自由度系統(tǒng)的振動　  2.1　無阻尼系統(tǒng)的自由振動　  2.2　計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　  2.5　簡諧激勵作用下的受迫振動　  2.6　周期激勵作用下的受迫振動　  2.7　任意激勵作用下的受迫振動　  2.8　響應譜　  習題　第3章　兩自由度系統(tǒng)的振動　  3.1  兩自由度系統(tǒng)的自由振動　  3.2　拍振　  3.3　坐標的耦聯　  3.4　兩自由度系統(tǒng)的受迫振動　  習題　第4章  多自由度系統(tǒng)的振動　  4.1  變分原理與拉格朗日運動方程　  4.2　多自由度系統(tǒng)自由振動的運動微分方程　  4.3　固有頻率主振型　  4.4　主坐標和正則坐標　  4.5　固有頻率相等的情形　  4.6　無阻尼振動系統(tǒng)對初始條件的響應　  4.7　質量、剛度的變化對固有頻率的影響　  4.8　無阻尼振動系統(tǒng)對激勵的響應　  4.9　有阻尼振動系統(tǒng)對激勵的響應　  習題　第5章  多自由度振動系統(tǒng)的數值方法　  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　  習題　第6章　振動控制　  6.1　振動的被動控制技術　  6.2　隔振　  6.3　阻振　  6.4　動力減振器　  6.5　振動的主動控制技術　  習題　第7章　振動問題的有限元法　  7.1　單元體的運動方程式　  7.2　單元體的特性分析　  7.3　質量矩陣　  7.4　坐標轉換　  7.5　固有頻率及主振型　  7.6　系統(tǒng)的響應　  習題　第8章　彈性體的一維振動　  8.1　桿的縱向振動　  8.2　桿的縱向受迫振動  　8.3　梁的橫向自由振動　  8.4　梁的橫向受迫振動　  8.5　轉動慣量、剪切應變對梁振動的影響　  8.6　軸向力作用對梁的橫向振動的影響　  8.7　梁橫向振動的近似解法　  習題　第9章　彈性體的復雜振動……　第10章　非線性振動第二篇　測試技術　引言　第11章　振動傳感器的工作原理　第12章　振動測量系統(tǒng)　第13章　基本振動參數的測量及模擬平穩(wěn)信號分析　第14章　數字信號分析　第15章　實驗模態(tài)分析簡介　第16章　激光濁振原理及應用附錄習題答案參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第一篇 工程振動理論　　機械振動是指物體在其穩(wěn)定的平衡位置附近所作的往復運動。這是物體的一種特殊形式的運動。運動物體的位移、速度和加速度等物理量都是隨時間往復變化的?！　C械振動是一種常見的物理現象，如橋梁、機床的振動，鐘擺的擺動，飛機機翼的顫動，汽車運行時發(fā)動機和車體的振動等等。振動的存在會影響機器的正常運轉，使機床的加工精度、精密儀器的靈敏度下降，嚴重的還會引發(fā)機器或建筑結構的毀壞；此外，還會引發(fā)噪聲、污染環(huán)境，這是不利的一面。另一方面，人們利用機械振動，設計制造了眾多的機械設備和儀器儀表，如振動篩選機、振動研磨機、振動輸送機、振動打樁機、混凝土振搗器以及測量傳感器、鐘表計時儀器、振子示波器等等。隨著機器設備向著大型、高速、高效和自動化諸方面發(fā)展，需要分析處理的振動問題愈來愈重要。因此，掌握機械振動的基本理論，正確地運用它，對于設計制造安全可靠和性能優(yōu)良的機器、儀器儀表、建筑結構以及各種交通運輸工具，并有效地抑制、防止振動帶來的危害是十分必要的。　　為了便于研究振動現象的基本特征，需要將研究對象進行適當地簡化和抽象，形成一種分析研究振動現象的理想化模型，在選擇的力學模型中，它可能是一個零部件、一臺機器或者一個完整的工程結構等，都被稱為系統(tǒng)，即振動系統(tǒng)。振動系統(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)分布的質量與彈性的系統(tǒng)，稱為連續(xù)彈性體系統(tǒng)，并同時符合理想彈性體的基本假設，即均勻、各向同性并服從胡克定律。由于確定彈性體上無數質點的位置需要無限多個坐標，因此彈性體是具有無限多自由度的系統(tǒng)，它的振動規(guī)律要用時間和空間坐標的函數來描述，其運動方程是偏微分方程。

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