機(jī)械振動(dòng)理論及應(yīng)用

前言

　　在物質(zhì)世界里到處存在著各種形式的振動(dòng)（包括波動(dòng)），人類(lèi)自身的許多器官每時(shí)每刻都處在振動(dòng)之中，例如，心臟的搏動(dòng)、脈搏的跳動(dòng)、血液的循環(huán)、胃的蠕動(dòng)、肺部的張縮呼吸及耳膜和聲帶的振動(dòng)等，人類(lèi)的生存和生活離不開(kāi)這些有用的振動(dòng)。在人類(lèi)的日常生活中，振動(dòng)也是無(wú)處不在，如汽車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)及機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)，家用電器、鐘表的振動(dòng)，地震以及電、磁、聲、光的波動(dòng)等；從廣義的角度來(lái)看，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活中，經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中速度的增長(zhǎng)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(dòng)；在自然界及宇宙中，振動(dòng)和波動(dòng)的例子也不勝枚舉，例如月亮的圓缺、潮汐的漲落等?！　≌駝?dòng)可分為有害的振動(dòng)和有用的振動(dòng)兩大類(lèi)。例如，運(yùn)載工具的振動(dòng)會(huì)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(huì)引起機(jī)械設(shè)備、橋梁結(jié)構(gòu)及飛機(jī)的破壞；地震使人民生命財(cái)產(chǎn)遭受巨大損失。對(duì)于這些有害振動(dòng)，科技工作者已付出了很大的努力，提出了一些有效措施來(lái)限制以至完全消除這些有害振動(dòng)，但直到現(xiàn)在仍然有許多有害的振動(dòng)問(wèn)題還沒(méi)有進(jìn)行深入的研究及得到解決，例如對(duì)于地震人類(lèi)還沒(méi)有更有效的辦法進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)和預(yù)防?！　≌駝?dòng)也有諸多的用途，合理地利用振動(dòng)能給人類(lèi)造福，改善人民的生活。例如，撥動(dòng)琴弦能演奏出美妙動(dòng)人的音樂(lè)；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(dòng)沉樁、振動(dòng)拔樁及混凝土灌注時(shí)的振動(dòng)搗固等；在電子和通信工程方面，錄音機(jī)、電視機(jī)、收音機(jī)、程控電話等諸多電子器件，以及電子計(jì)時(shí)裝置和通信設(shè)備中使用的諧振器等都是由于振動(dòng)才能有效的工作；在工程地質(zhì)方面，利用振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)和地質(zhì)勘探；在原油開(kāi)采上，利用振動(dòng)提高原油產(chǎn)量；在海洋工程方面，海浪波動(dòng)的能量可以用來(lái)發(fā)電；在許多工礦企業(yè)，利用振動(dòng)設(shè)備可完成許多工藝過(guò)程，或者提高某些機(jī)器的工作效率。最近30多年來(lái)，應(yīng)用振動(dòng)原理而工作的機(jī)器（振動(dòng)機(jī)械）得到了迅速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已用于工業(yè)生產(chǎn)的振動(dòng)機(jī)有數(shù)百種之多，如各種形式的振動(dòng)篩、振動(dòng)壓路機(jī)、振動(dòng)給料機(jī)和振動(dòng)成型機(jī)等。

內(nèi)容概要

本書(shū)論述機(jī)械振動(dòng)的基本理論及其在工程技術(shù)部門(mén)中的應(yīng)用。首先介紹各技術(shù)部門(mén)中有關(guān)機(jī)械振動(dòng)的應(yīng)用概況及遇到的有關(guān)振動(dòng)問(wèn)題，進(jìn)而論述機(jī)械振動(dòng)的若干基本概念，線性振動(dòng)、非線性振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)的特點(diǎn)，以及單自由度、二自由度與多自由度線性振動(dòng)，非線性振動(dòng)，隨機(jī)振動(dòng)，彈性體振動(dòng)與波動(dòng)的基本理論，最后介紹機(jī)械振動(dòng)的試驗(yàn)與仿真及其利用與控制。    本書(shū)可作為工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)研究生的教材，也可供從事機(jī)械振動(dòng)的科研人員與技術(shù)工作者參考。

書(shū)籍目錄

第1章  緒論  1.1  人類(lèi)生活及工程中的振動(dòng)問(wèn)題  1.2  振動(dòng)的分類(lèi)及若干基本概念  1.3  研究振動(dòng)問(wèn)題的基本方法  1.4  振動(dòng)問(wèn)題的研究概況及其發(fā)展  計(jì)算與思考題第2章  單自由度系統(tǒng)振動(dòng)的理論及應(yīng)用  2.1  單自由度系統(tǒng)振動(dòng)微分方程式的建立  2.2  無(wú)阻尼單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)  2.3  固有頻率的計(jì)算  2.4  等效質(zhì)量與等效剛度  2.5  具有粘性阻尼的自由振動(dòng)  2.6  無(wú)阻尼系統(tǒng)的受迫振動(dòng)  2.7  具有粘性阻尼系統(tǒng)的受迫振動(dòng)  2.8  等效粘性阻尼  2.9  非簡(jiǎn)諧周期激振的響應(yīng)  2.10  非周期任意激振的響應(yīng)  2.11  單自由度振動(dòng)理論的工程應(yīng)用  計(jì)算與思考題第3章  二自由度系統(tǒng)振動(dòng)的理論及工程應(yīng)用  3.1  無(wú)阻尼二自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)  3.2  無(wú)阻尼二自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)  3.3  具有粘性阻尼二自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)  3.4  具有粘性阻尼二自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)  3.5  二自由度振動(dòng)系統(tǒng)工程實(shí)例  計(jì)算與思考題第4章  多自由度系統(tǒng)振動(dòng)的理論及工程應(yīng)用  4.1  多自由度系統(tǒng)的數(shù)學(xué)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(biāo)與正則坐標(biāo)  4.7  矩陣迭代法  4.8  無(wú)阻尼系統(tǒng)的響應(yīng)  4.9  多自由度系統(tǒng)的阻尼  4.10  有阻尼系統(tǒng)的響應(yīng)  4.11  應(yīng)用實(shí)例  計(jì)算與思考題第5章  非線性系統(tǒng)的振動(dòng)  5.1  引言  5.2  等價(jià)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(dòng)方程圖解方法簡(jiǎn)介  5.6  非線性振動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定振動(dòng)與不穩(wěn)定振動(dòng)  5.7  非線性振動(dòng)系統(tǒng)的解的一些物理性質(zhì)  5.8  非線性振動(dòng)系統(tǒng)的分岔與混沌簡(jiǎn)介  5.9  應(yīng)用實(shí)例  計(jì)算與思考題第6章  隨機(jī)振動(dòng)  6.1  引言  6.2  隨機(jī)振動(dòng)的基本概念  6.3  隨機(jī)過(guò)程的幅域描述  6.4  隨機(jī)過(guò)程的時(shí)域描述  6.5  隨機(jī)過(guò)程的頻域描述  6.6  單自由度系統(tǒng)的隨機(jī)響應(yīng)  6.7  多自由度系統(tǒng)的隨機(jī)響應(yīng)  計(jì)算與思考題第7章  連續(xù)體振動(dòng)  7.1  引言  7.2  弦的振動(dòng)  7.3  軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)  7.4  桿縱向激振的響應(yīng)  7.5  梁的彎曲振動(dòng)  7.6  薄板的振動(dòng)  計(jì)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(yīng)力波）  8.3  聲波與超聲波  8.4  噪聲及其控制  計(jì)算與思考題第9章  振動(dòng)的測(cè)試及動(dòng)態(tài)仿真  9.1  引言  9.2  振動(dòng)測(cè)試的主要內(nèi)容  9.3  振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)及傳感器  9.4  振動(dòng)測(cè)試的主要方法  9.5  試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析  9.6  振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)修改與靈敏度分析  9.7  振動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真的內(nèi)容與方法  計(jì)算與思考題第10章  振動(dòng)的利用  10.1  引言  10.2  線性振動(dòng)與近似于線性振動(dòng)的利用  10.3  非線性振動(dòng)的利用  10.4  波及波能的利用  10.5  振動(dòng)規(guī)律在社會(huì)經(jīng)濟(jì)及生物工程領(lǐng)域中的應(yīng)用  計(jì)算與思考題第11章  振動(dòng)的抑制與控制  11.1  引言  11.2  隔振器的種類(lèi)與特點(diǎn)  11.3  簡(jiǎn)諧激勵(lì)的隔振和沖擊隔離  11.4  吸振與動(dòng)力吸振器  11.5  轉(zhuǎn)子的靜平衡與動(dòng)平衡  11.6  振動(dòng)主動(dòng)控制簡(jiǎn)介  11.7  振動(dòng)半主動(dòng)控制簡(jiǎn)介  11.8  混合控制簡(jiǎn)介  計(jì)算與思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1．有關(guān)振動(dòng)的機(jī)理　　目前在工程技術(shù)部門(mén)中，許多振動(dòng)問(wèn)題機(jī)理的研究還很不深入，或者說(shuō)還沒(méi)有獲得充分的研究，特別是有關(guān)非線性振動(dòng)問(wèn)題的研究。例如，對(duì)于一些在復(fù)雜非線性因素作用下的強(qiáng)非線性多自由度系統(tǒng)的精確求解、復(fù)雜時(shí)變過(guò)程的特性、復(fù)雜系統(tǒng)失穩(wěn)的機(jī)理、復(fù)雜自激振動(dòng)的起因和發(fā)展過(guò)程，一些重大機(jī)械設(shè)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(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生等?！　?．有關(guān)振動(dòng)的抑制與控制　　在很多情況下，振動(dòng)是有害的。當(dāng)振動(dòng)量超出容許的范圍后，振動(dòng)將會(huì)影響機(jī)器的工作性能，使機(jī)器的零部件產(chǎn)生附加的動(dòng)載荷，從而縮短其使用壽命。機(jī)器的強(qiáng)烈振動(dòng)還會(huì)影響周?chē)鷥x器儀表的正常工作，嚴(yán)重影響其度量的精確度，甚至給生產(chǎn)造成重大損失。振動(dòng)往往還會(huì)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(guān)注的公害之一。例如，某礦井多繩提升機(jī)，由于其減速裝置產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，曾被迫降速減載運(yùn)行，嚴(yán)重影響了該提升機(jī)的工作性能；某露天礦用潛孔鉆機(jī)沖擊器的缸體曾因沖擊振動(dòng)而導(dǎo)致缸壁產(chǎn)生縱向裂紋；風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)的高頻沖擊產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲，嚴(yán)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(dòng)的研究工作方面，存在著大量問(wèn)題亟待解決。眾所周知，地震會(huì)給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。但目前有關(guān)地震的預(yù)報(bào)及預(yù)防還停留在有限的水平上，直到現(xiàn)在還沒(méi)有一種較完善和可靠的技術(shù)對(duì)地震進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和預(yù)防。在國(guó)內(nèi)外，重大機(jī)械設(shè)備屢屢發(fā)生嚴(yán)重的破壞事故，每一事故的發(fā)生都會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，目前雖已研制出一些可進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和診斷的設(shè)備，但其準(zhǔn)確性和可靠性還沒(méi)有達(dá)到理想的地步?；鸺l(fā)射失敗常常也是由于振動(dòng)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(xiàng)迫切的任務(wù)。在水下航行的潛艇，由于噪聲過(guò)大，極易暴露目標(biāo)，如何降低噪聲和對(duì)噪聲進(jìn)行控制，自然是研究開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)潛艇的頭等重要的課題。因此，加強(qiáng)對(duì)振動(dòng)抑制和控制的研究是一項(xiàng)十分迫切的任務(wù)。

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