機械振動理論及應用

前言

　　在物質世界里到處存在著各種形式的振動（包括波動），人類自身的許多器官每時每刻都處在振動之中，例如，心臟的搏動、脈搏的跳動、血液的循環(huán)、胃的蠕動、肺部的張縮呼吸及耳膜和聲帶的振動等，人類的生存和生活離不開這些有用的振動。在人類的日常生活中，振動也是無處不在，如汽車、火車、飛機及機械設備的振動，家用電器、鐘表的振動，地震以及電、磁、聲、光的波動等；從廣義的角度來看，在社會經(jīng)濟生活中，經(jīng)濟發(fā)展過程中速度的增長與衰減、股市的升跌和振蕩等，都可以歸納為不同形式的振動；在自然界及宇宙中，振動和波動的例子也不勝枚舉，例如月亮的圓缺、潮汐的漲落等?！　≌駝涌煞譃橛泻Φ恼駝雍陀杏玫恼駝觾纱箢悺＠?，運載工具的振動會使乘客感到不舒適；環(huán)境噪聲使人煩燥不安；共振及次諧波共振會引起機械設備、橋梁結構及飛機的破壞；地震使人民生命財產(chǎn)遭受巨大損失。對于這些有害振動，科技工作者已付出了很大的努力，提出了一些有效措施來限制以至完全消除這些有害振動，但直到現(xiàn)在仍然有許多有害的振動問題還沒有進行深入的研究及得到解決，例如對于地震人類還沒有更有效的辦法進行準確的預報和預防?！　≌駝右灿兄T多的用途，合理地利用振動能給人類造福，改善人民的生活。例如，撥動琴弦能演奏出美妙動人的音樂；在醫(yī)療方面，利用超聲波能夠診斷和治療疾??；在土建工程中，廣泛采用了振動沉樁、振動拔樁及混凝土灌注時的振動搗固等；在電子和通信工程方面，錄音機、電視機、收音機、程控電話等諸多電子器件，以及電子計時裝置和通信設備中使用的諧振器等都是由于振動才能有效的工作；在工程地質方面，利用振動進行檢測和地質勘探；在原油開采上，利用振動提高原油產(chǎn)量；在海洋工程方面，海浪波動的能量可以用來發(fā)電；在許多工礦企業(yè)，利用振動設備可完成許多工藝過程，或者提高某些機器的工作效率。最近30多年來，應用振動原理而工作的機器（振動機械）得到了迅速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前已用于工業(yè)生產(chǎn)的振動機有數(shù)百種之多，如各種形式的振動篩、振動壓路機、振動給料機和振動成型機等。

內(nèi)容概要

本書論述機械振動的基本理論及其在工程技術部門中的應用。首先介紹各技術部門中有關機械振動的應用概況及遇到的有關振動問題，進而論述機械振動的若干基本概念，線性振動、非線性振動和隨機振動的特點，以及單自由度、二自由度與多自由度線性振動，非線性振動，隨機振動，彈性體振動與波動的基本理論，最后介紹機械振動的試驗與仿真及其利用與控制。    本書可作為工程類專業(yè)研究生的教材，也可供從事機械振動的科研人員與技術工作者參考。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  人類生活及工程中的振動問題  1.2  振動的分類及若干基本概念  1.3  研究振動問題的基本方法  1.4  振動問題的研究概況及其發(fā)展  計算與思考題第2章  單自由度系統(tǒng)振動的理論及應用  2.1  單自由度系統(tǒng)振動微分方程式的建立  2.2  無阻尼單自由度系統(tǒng)的自由振動  2.3  固有頻率的計算  2.4  等效質量與等效剛度  2.5  具有粘性阻尼的自由振動  2.6  無阻尼系統(tǒng)的受迫振動  2.7  具有粘性阻尼系統(tǒng)的受迫振動  2.8  等效粘性阻尼  2.9  非簡諧周期激振的響應  2.10  非周期任意激振的響應  2.11  單自由度振動理論的工程應用  計算與思考題第3章  二自由度系統(tǒng)振動的理論及工程應用  3.1  無阻尼二自由度系統(tǒng)的自由振動  3.2  無阻尼二自由度系統(tǒng)的受迫振動  3.3  具有粘性阻尼二自由度系統(tǒng)的自由振動  3.4  具有粘性阻尼二自由度系統(tǒng)的受迫振動  3.5  二自由度振動系統(tǒng)工程實例  計算與思考題第4章  多自由度系統(tǒng)振動的理論及工程應用  4.1  多自由度系統(tǒng)的數(shù)學模型  4.2  柔度影響系數(shù)與剛度影響系數(shù)  4.3  固有頻率與主振型  4.4  振型向量（模態(tài)向量）的正交性  4.5  特征方程有重根和零根的情況  4.6  主坐標與正則坐標  4.7  矩陣迭代法  4.8  無阻尼系統(tǒng)的響應  4.9  多自由度系統(tǒng)的阻尼  4.10  有阻尼系統(tǒng)的響應  4.11  應用實例  計算與思考題第5章  非線性系統(tǒng)的振動  5.1  引言  5.2  等價線性化法與諧波平衡法  5.3  多尺度法  5.4  漸近法  5.5  非線性振動方程圖解方法簡介  5.6  非線性振動系統(tǒng)的穩(wěn)定振動與不穩(wěn)定振動  5.7  非線性振動系統(tǒng)的解的一些物理性質  5.8  非線性振動系統(tǒng)的分岔與混沌簡介  5.9  應用實例  計算與思考題第6章  隨機振動  6.1  引言  6.2  隨機振動的基本概念  6.3  隨機過程的幅域描述  6.4  隨機過程的時域描述  6.5  隨機過程的頻域描述  6.6  單自由度系統(tǒng)的隨機響應  6.7  多自由度系統(tǒng)的隨機響應  計算與思考題第7章  連續(xù)體振動  7.1  引言  7.2  弦的振動  7.3  軸的扭轉振動  7.4  桿縱向激振的響應  7.5  梁的彎曲振動  7.6  薄板的振動  計算與思考題第8章  彈性波與聲波及噪聲的控制  8.1  引言  8.2  彈性波（應力波）  8.3  聲波與超聲波  8.4  噪聲及其控制  計算與思考題第9章  振動的測試及動態(tài)仿真  9.1  引言  9.2  振動測試的主要內(nèi)容  9.3  振動測試系統(tǒng)及傳感器  9.4  振動測試的主要方法  9.5  試驗模態(tài)分析  9.6  振動系統(tǒng)的動力學修改與靈敏度分析  9.7  振動系統(tǒng)動態(tài)仿真的內(nèi)容與方法  計算與思考題第10章  振動的利用  10.1  引言  10.2  線性振動與近似于線性振動的利用  10.3  非線性振動的利用  10.4  波及波能的利用  10.5  振動規(guī)律在社會經(jīng)濟及生物工程領域中的應用  計算與思考題第11章  振動的抑制與控制  11.1  引言  11.2  隔振器的種類與特點  11.3  簡諧激勵的隔振和沖擊隔離  11.4  吸振與動力吸振器  11.5  轉子的靜平衡與動平衡  11.6  振動主動控制簡介  11.7  振動半主動控制簡介  11.8  混合控制簡介  計算與思考題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1．有關振動的機理　　目前在工程技術部門中，許多振動問題機理的研究還很不深入，或者說還沒有獲得充分的研究，特別是有關非線性振動問題的研究。例如，對于一些在復雜非線性因素作用下的強非線性多自由度系統(tǒng)的精確求解、復雜時變過程的特性、復雜系統(tǒng)失穩(wěn)的機理、復雜自激振動的起因和發(fā)展過程，一些重大機械設備產(chǎn)生重大事故和發(fā)生破壞的原因，亞諧分岔解的形成，混沌運動的產(chǎn)生等。　　2．有關振動的抑制與控制　　在很多情況下，振動是有害的。當振動量超出容許的范圍后，振動將會影響機器的工作性能，使機器的零部件產(chǎn)生附加的動載荷，從而縮短其使用壽命。機器的強烈振動還會影響周圍儀器儀表的正常工作，嚴重影響其度量的精確度，甚至給生產(chǎn)造成重大損失。振動往往還會產(chǎn)生巨大的噪聲，污染環(huán)境，損害人們的健康，已成為最引人關注的公害之一。例如，某礦井多繩提升機，由于其減速裝置產(chǎn)生強烈振動，曾被迫降速減載運行，嚴重影響了該提升機的工作性能；某露天礦用潛孔鉆機沖擊器的缸體曾因沖擊振動而導致缸壁產(chǎn)生縱向裂紋；風動鑿巖機的高頻沖擊產(chǎn)生強烈的噪聲，嚴重影響作業(yè)環(huán)境和工人的健康?！　≡谝种婆c控制有害振動的研究工作方面，存在著大量問題亟待解決。眾所周知，地震會給人民的生命財產(chǎn)造成重大損失。但目前有關地震的預報及預防還停留在有限的水平上，直到現(xiàn)在還沒有一種較完善和可靠的技術對地震進行準確的監(jiān)測、預報和預防。在國內(nèi)外，重大機械設備屢屢發(fā)生嚴重的破壞事故，每一事故的發(fā)生都會造成重大的經(jīng)濟損失，目前雖已研制出一些可進行在線監(jiān)測和診斷的設備，但其準確性和可靠性還沒有達到理想的地步?；鸺l(fā)射失敗常常也是由于振動或控制失靈所引起的，提高其工作可靠性仍是研究工作者一項迫切的任務。在水下航行的潛艇，由于噪聲過大，極易暴露目標，如何降低噪聲和對噪聲進行控制，自然是研究開發(fā)與設計潛艇的頭等重要的課題。因此，加強對振動抑制和控制的研究是一項十分迫切的任務。

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