结构振动理论-第一讲

结构振动理论学时24课时（4学时/周）1次习题课、1次实验课教材1振动理论及应用方同、薛璞著2机械振动基础胡海岩主编第一章绪论结构振动绪论11振动的概述振动物体经过它的平衡位置所作的往复运动。多种形式的物理现象都包含有振动声、光、热人们日常生活中也离不开振动心脏搏动、耳膜、声带、音乐产生等。工程中振动现象比比皆是航空、航天、能源、交通、电子、化工、建筑机器运转过程中发生振动桥梁和建筑物的振动车、船、飞行器振动振动的危害性1人员舒适性与健康问题2仪器设备的工作适应性及可靠性问题（MILSTD810,GJB150,HB5830）3结构的振动强度与振动耐久性问题振动的利用振动传输；振动筛选；振动研磨；振动抛光；振动压实；振动搅拌；振动沉桩；振动按摩；振动发声；振动提示；健康监测等。新能源领域振动集能振动的消极影响振动的积极作用结构振动绪论结构振动绪论结构振动绪论飞行器结构在使用中存在的振动问题举例飞行中非定常气动力与弹性飞机结构耦合产生振动（突风,抖振,颤振）飞行器动力装置产生的振动及噪声激励武器发射、投放等动作产生的冲击激励着陆和滑行等地面机动产生冲击激励上述激励导致飞行器结构、机载（仪器仪表）设备振动问题液压、燃油管路系统振动问题振动问题对飞行器的危害主要有使飞行器结构产生动态疲劳裂纹，导致结构破坏；使机载设备系统发生功能失灵或损坏，导致飞行器失事；使乘坐环境恶化，影响乘员准确完成操作任务；影响飞行器定型、影响乘坐品质、造成维护成本增加、影响飞行器结构与设备的可靠性、寿命耐久性；振动问题伴随飞行器整个“生命周期”。结构振动绪论抖振结构振动绪论颤振灾难性后果TACOMA大桥跨度853米1940年11月7日,19米/秒风速下发垮塌1飞行器结构振动、噪声载荷预计和测试技术研究2飞行器结构动强度综合设计技术研究3飞行器结构动力学设计技术研究4内埋弹舱结构振动/声耐久性设计和控制技术研究5S型进气道抗振动疲劳设计、动力学优化分析与验证技术研究6垂尾防抖振动力学设计与验证技术7液压/燃油管系结构动强度分析与试验验证技术8起落架及缓冲系统设计技术研究结构振动绪论按振动系统参数分布离散系统由集中参量元件质量、弹簧、阻尼器组成的系统。运动用常微分方程描述,是时间的函数连续系统由连续分布弹性体组成的系统。运动用偏微分方程描述，是时间和空间的函数结构振动绪论12振动系统分类响应输出激励输入振动系统动载荷动响应离散系统组成质量（惯性）、刚度（弹性、阻尼MKC集中参量元件质量M弹簧K阻尼C结构振动绪论连续系统模型离散系统模型线性系统运动方程为线性微分方程（弹性力和阻尼力用线性模型来描述）非线性系统运动方程为非线性微分方程（弹性力与阻尼力不能简化为线性模型的振动系统）实际中的振动系统，是线性系统还是非线性系统，要根据具体情况来决定。小振幅情况下系统一般均可认为是线性系统。结构振动绪论按系统方程的特征分按系统参数的描述分定则系统确定性系统系统参量的变化规律可用时间的确定性函数描述的振动系统随机系统系统参量无法用时间的确定性函数描述，只能用有关的统计特性描述结构振动绪论振动系统分类离散系统连续系统线性系统非线性系统单自由度系统有限多自由度系统无限多自由度系统线性方程定则系统随机系统常参量系统变参量系统本课程仅限于讨论定则常参、线性、离散单、多自由度系统的自由振动和在确定性激励下的强迫振动分析。按系统参数描述按系统参数分布按系统方程特征结构振动绪论按激励控制方式按激励性质振动形式定则振动定则系统受定则激励随机振动定则系统受随机激励自由振动强迫振动自激振动参激振动13振动形式分类本课程主要讨论定则系统的自由振动和强迫振动。响应输出激励输入振动系统自由振动弹性系统在偏离平衡状态后,不再受到任何外界激励的情形下所产生的振动。强迫振动弹性系统在受外界控制的激励作用下发生的振动。自激振动弹性系统在受系统振动本身控制的激励作用下发生的振动。参激振动指激励方式是通过周期地或随机地改变系统的特性参量来实现的振动。结构振动绪论结构振动绪论14振动（动力学）研究内容响应输出激励输入振动系统动载荷动响应已知系统激励响应1振动分析响应分析或正问题已知响应激励系统振动系统识别逆问题或参数识别已知系统响应振动环境预测激励载荷识别载荷识别,参数识别,响应分析振动系统综合/设计2惯性力的存在（惯性效应）振动系统中质点具有加速度，从而在结构中产生了惯性力。如图（A）所示，简支梁在动载荷PT作用下发生振动，梁中的弯矩、剪力不仅要平衡外载荷PT，而且要平衡振动梁的加速度所引起的惯性力。可是如果简支梁所承受的是静载荷，如图（B）所示，则其弯矩、剪力及挠曲线形状在给定的边界条件下只取决于给定的静载荷P所以惯性力的存在是动力学问题的又一特征。由理论力学质点动力学可知，由于惯性力项的出现，使振动系统的运动方程为二阶常系数线性微分方程（在微幅振动条件下），这也就确定了动力学运动方程的形式和求解的特点。因此，在动力学中，必须十分重视结构的质量大小与分布情况，注意研究振动中惯性力的状况。动力学振动问题与静力学问题的区别结构振动绪论1动力学问题包含时间变量（频率效应，小载荷可能产生大应力）在动力学分析中，输入（激励）的大小、方向甚至作用点，一般都是随时间而变化的。这就决定了振动系统的输出（响应）也随时间而变化。时间变量是结构动