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船体振动学 ShipVibration 1课程内容2课程目标3课程基本要求4参考教材 1 课程内容本课程由振动力学的基本理论和船体振动两部分组成 2 课程目标掌握振动力学的基本理论和计算方法 能够对单自由度系统 简单的多自由度系统和简单的弹性梁进行自由振动的计算和强迫振动的计算 掌握船体振动的实用计算方法 能够对船体及其局部结构进行自由振动的计算和强迫振动的计算 船体振动学 ShipVibration 3 课程基本要求 1 掌握无阻尼和有阻尼单自由度系统自由振动和强迫振动的基本理论和计算方法 2 掌握多自由度系统自由振动和强迫振动的基本理论和计算方法 3 掌握弹性梁自由振动和强迫振动的基本理论和计算方法 4 了解船体总振动和局部振动的力学模型的建立和计算方法 5 了解船体振动产生的原因 6 了解船体振动衡准和防振减振措施 船体振动学 ShipVibration 4 参考教材翁长俭 张保玉编 船体振动学 人民交通出版社 1985 翁长俭 张保玉编 船体振动学 大连海运学院出版社 1992 船体振动学 ShipVibration 船体振动学 第0章绪论 ShipVibration 0 1基本概念0 2学习目的0 3振动问题的提法0 4振动系统0 5振动问题的分类 第0章绪论 ShipVibration 0 1基本概念 第0章绪论 ShipVibration ShipVibration 0 1基本概念 振动 从广义上讲 如果表征某种运动的物理量作时而增大时而减小的反复变化 这种运动就可以称为振动 如果变化的物理量是一些机械量或力学量 例如物体的位移 速度 加速度 应力及应变等等 这种振动便称为机械振动 振动是自然界最普遍的现象之一 例如 1 船舶和飞机在航行中的振动 2 桥梁和建筑物在风和地震作用下的振动 3 机床和刀具在加工时的振动 4 心脏的搏动 耳膜和声带的振动 ShipVibration 0 1基本概念 各个不同领域中的振动现象虽然各有特色 但往往有着相似的数学力学模型 正是在这种共性的基础上 有可能建立一种统一的理论来处理各种振动问题 振动力学 借助数学 物理 实验和计算技术 探讨各种振动现象 阐明振动的基本规律 以便克服振动的消极因素 利用振动的积极因素 为合理解决各种振动问题提供理论依据 0 2学习目的 第0章绪论 ShipVibration ShipVibration 0 2学习目的 许多情况下 振动是有害的 振动有时是造成机械和结构破坏和失效的直接原因 例如 1940年美国的TacomaNarrows 塔科马 吊桥因桥身扭转振动和上下振动导致倒塌 1958年美国第一颗人造卫星 探险者I号 因天线的振动导致卫星自旋运动不稳 1972年日本海南电厂的一台66万千瓦的气轮发电机组因异常振动导致全机毁坏 学习振动力学的目的之一 掌握振动的基本理论和计算方法 从而确定和限制振动对工程结构和机械产品的性能 寿命和安全的有害影响 ShipVibration 0 2学习目的 振动也有它积极的一方面 是可以利用的 例如 振动是通信 广播 电视 雷达等工作的基础 工业用的振动筛 振动沉桩 振动输送等都是利用振动 学习振动力学的目的之二 利用振动理论去创造和设计新型的振动设备 仪器及自动化装置 0 3振动问题的提法 第0章绪论 ShipVibration ShipVibration 0 3振动问题的提法 工程上称振动问题的研究对象为系统 它可以是一个零部件 一台机器或者一个完整的工程结构等 外部激振力等因素称为激励 输入 系统发生的振动称为响应 输出 ShipVibration 0 3振动问题的提法 振动问题按这三个环节可分为三类问题第一类 已知激励和系统 求响应 第二类 已知激励和响应 求系统 第三类 已知系统和响应 求激励 ShipVibration 0 3振动问题的提法 第一类 已知激励和系统 求响应正问题 动力响应分析主要任务是验算结构 产品等在工作时的动力响应 如位移 应力等 是否满足预定的安全要求和其它要求 在产品设计阶段 对具体设计方案进行动力响应验算 若不满足预定要求再作修改 直到达到要求而最终确定设计方案 这一过程就是所谓的振动设计 ShipVibration 0 3振动问题的提法 第二类 已知激励和响应 求系统第一类逆问题 系统识别 系统辨识主要任务是估计系统的物理参数 如质量 刚度和阻尼系数等 和系统振动的固有特性 如固有频率 固有振型等 以估计系统的物理参数为任务的叫做物理参数辨识 以估计系统振动的固有特性为任务的叫做模态参数辨识或者试验模态分析 ShipVibration 0 3振动问题的提法 第三类 已知系统和响应 求激励第二类逆问题 环境预测例如 为了避免产品在公路运输中的损坏 需要通过实地开车记录汽车振动和产品振动 来估计运输过程中的振动环境是怎样的 运输过程对于产品是怎样的一种激励 这样才能有根据的为产品设计可靠的减振包装 ShipVibration 0 3振动问题的提法 上述三类问题基本囊括了现实振动中的所有问题 本课程仅介绍第一类问题 0 4振动系统 第0章绪论 ShipVibration ShipVibration 0 4振动系统 振动系统三要素 质量 刚度 阻尼 质量 包括转动惯量 是感受惯性的元件 刚度是感受弹性的元件 阻尼是耗能元件 ShipVibration 0 4振动系统 振动系统一般可分为连续系统和离散系统 1 连续系统 无限多自由度系统 分布参数系统 结构参数 质量 刚度 阻尼等 在空间上连续分布 弹性体是具有无限多自由度的系统 它的振动规律要用时间和空间坐标的函数来描述 其振动方程是偏微分方程 2 离散系统 多自由度系统 结构参数为集中参量 所建立的振动方程是常微分方程 0 5振动问题的分类 第0章绪论 ShipVibration ShipVibration 0 5振动问题的分类 按系统的自由度来划分 1 单自由度系统的振动具有一个自由度的系统的振动 2 多自由度系统的振动具有两个或两个以上自由度的系统的振动 3 连续系统的振动连续弹性体的振动 这种系统具有无穷多个自由度 ShipVibration 0 5振动问题的分类 按系统特性或运动微分方程的类型来划分 1 线性振动系统的运动微分方程为线性方程的振动 相应的系统称为线性系统 线性振动的一个重要特性是线性叠加原理成立 2 非线性振动系统的运动微分方程为非线性方程的振动 相应的系统称为非线性系统 对于非线性振动 线性叠加原理不成立 本课程仅介绍线性振动 ShipVibration 0 5振动问题的分类 按激励特性来划分 1 自由振动没有外部激励 或者外部激励消失后 系统自身的振动 2 强迫振动系统在作为时间函数的外部激励下发生的振动 这种外部激励不受系统运动的影响 3 自激振动系统受其自身运动诱发出来的激励的作用而产生和维持的振动 例如小提琴发出的乐声 飞机机翼的颤振等 ShipVibration 0 5振动问题的分类 按激励特性来划分