机械振动第1章绪论精编版

1、1.1 机械振动概述机械振动概述 1.2 课程内容及要求课程内容及要求 1.3 参考文献参考文献1.1 1.1 机械振动概述机械振动概述 第第1章章 绪绪 论论振动现象振动现象 心脏的搏动、耳膜和声带的振动等心脏的搏动、耳膜和声带的振动等 汽车、火车、飞机及机械设备的振动汽车、火车、飞机及机械设备的振动 家用电器、钟表的振动家用电器、钟表的振动 地震以及声、电、磁、光的波动等等地震以及声、电、磁、光的波动等等振动的危害振动的危害 轻则轻则 影响乘坐的舒适性；降低机器及仪表的精度影响乘坐的舒适性；降低机器及仪表的精度 重则重则 危害人体健康；引起机械设备及土木结构的破坏；危害人体健康；引起机械设

2、备及土木结构的破坏；振动的利用振动的利用 琴弦振动；振动沉桩、振动拔桩以及振动捣固等；振动检测；琴弦振动；振动沉桩、振动拔桩以及振动捣固等；振动检测； 振动压路机、振动给料机和振动成型机等。振动压路机、振动给料机和振动成型机等。机械振动的基本概念及研究目的机械振动的基本概念及研究目的 机械振动机械振动 机械或结构在平衡位置附近的往复运动。机械或结构在平衡位置附近的往复运动。 研究目的研究目的 利用振动为人类造福；利用振动为人类造福； 减少振动的危害。减少振动的危害。机械振动的分类机械振动的分类 1按振动系统的按振动系统的分类分类 自由度自由度就是确定系统在振就是确定系统在振动过程中任何瞬时几何

3、位置动过程中任何瞬时几何位置所需独立坐标的数目所需独立坐标的数目单自由度系统振动单自由度系统振动确定系统在振动过程中任何瞬时几何位置确定系统在振动过程中任何瞬时几何位置只需要一个独立坐标的振动；只需要一个独立坐标的振动；多自由度系统振动多自由度系统振动确定系统在振动过程中任何瞬时几何位置确定系统在振动过程中任何瞬时几何位置需要多个独立坐标的振动；需要多个独立坐标的振动；连续系统振动连续系统振动确定系统在振动过程中任何瞬时几何位置需要确定系统在振动过程中任何瞬时几何位置需要无穷多个独立坐标的振动。无穷多个独立坐标的振动。机械振动的分类机械振动的分类 2按振动系统所受的激励类型分类按振动系统所受的

4、激励类型分类自由振动自由振动系统受初始干扰或原有的外激励取消后产生的振动；系统受初始干扰或原有的外激励取消后产生的振动；强迫振动强迫振动系统在外激励力作用下产生的振动；系统在外激励力作用下产生的振动；自激振动自激振动系统在输入和输出之间具有反馈特性并有能源补充系统在输入和输出之间具有反馈特性并有能源补充 而产生的振动。而产生的振动。 3按系统的响应（振动规律）分类按系统的响应（振动规律）分类简谐振动简谐振动能用一项时间的正弦或余弦函数表示系统响应的振动；能用一项时间的正弦或余弦函数表示系统响应的振动；周期振动周期振动能用时间的周期函数表示系统响应的振动；能用时间的周期函数表示系统响应的振动；瞬

5、态振动瞬态振动只能用时间的非周期衰减函数表示系统响应的振动；只能用时间的非周期衰减函数表示系统响应的振动；随机振动随机振动不能用简单函数或函数的组合表达运动规律，而只能不能用简单函数或函数的组合表达运动规律，而只能 用统计方法表示系统响应的振动。用统计方法表示系统响应的振动。机械振动的分类机械振动的分类 4按描述系统的微分方程分类按描述系统的微分方程分类线性振动线性振动能用常系数线性微分方程描述的振动；能用常系数线性微分方程描述的振动；非线性振动非线性振动只能用非线性微分方程描述的振动。只能用非线性微分方程描述的振动。机械振动问题机械振动问题 1响应分析响应分析已知系统参数及外界激励已知系统参

6、数及外界激励求系统的响应求系统的响应(位移、速度、加速度和力的响应等）位移、速度、加速度和力的响应等） 2系统设计和系统辨识系统设计和系统辨识系统尚不存在，需要设计合理系统尚不存在，需要设计合理的系统参数，使系统在已知激的系统参数，使系统在已知激励下达到给定的响应水平。励下达到给定的响应水平。系统已经存在，需要根据测量系统已经存在，需要根据测量获得的激励和响应识别系统参获得的激励和响应识别系统参数，以便更好地研究系统特性。数，以便更好地研究系统特性。已知系统的激励和响应已知系统的激励和响应求系统参数求系统参数已知系统响应和系统参数已知系统响应和系统参数确定系统的激励确定系统的激励实际实际系统系

7、统力学原理微分微分方程方程数值数值解解解析解析解解计算机数学工具振动振动特性特性理论分析理论分析试验研究试验研究机械振动问题机械振动问题 3环境预测环境预测解决振动问题的方法解决振动问题的方法 1.2 1.2 课程内容及要求课程内容及要求内容内容 线性系统：迭加原理成立线性系统：迭加原理成立 离散系统离散系统 连续系统连续系统 非线性系统：迭加原理不成立非线性系统：迭加原理不成立 定性定性 定量定量要求要求 掌握线性系统的振动理论和解决振动问题的方法；掌握线性系统的振动理论和解决振动问题的方法； 定性和定量分析简单的非线性系统振动问题定性和定量分析简单的非线性系统振动问题机械振动要研究的内容机

8、械振动要研究的内容1. 建立物理模型建立物理模型要进行机械系统振动的研究，就应当确定与所研究问题要进行机械系统振动的研究，就应当确定与所研究问题有关的系统元件和外界因素。比如，汽车由于颠簸将产有关的系统元件和外界因素。比如，汽车由于颠簸将产生垂直方向的振动，如果要研究的问题是关于汽车乘坐生垂直方向的振动，如果要研究的问题是关于汽车乘坐的舒适性和安全性的低频垂直振动，可采用一个简化的的舒适性和安全性的低频垂直振动，可采用一个简化的物理模型来描述它。物理模型来描述它。 2 2、建立数学模型、建立数学模型有了所研究系统的物理模型，就可应用某些物理定理有了所研究系统的物理模型，就可应用某些物理定理对物

9、理模型进行分析，以导出一个或几个描述系统特对物理模型进行分析，以导出一个或几个描述系统特性的方程。通常，振动问题的数学模型表现为微分方性的方程。通常，振动问题的数学模型表现为微分方程的形式。程的形式。如质量弹簧系统，一旦质量离开了平衡位置如质量弹簧系统，一旦质量离开了平衡位置x x=0=0后，就后，就受到力受到力作用。讨论该物体的稳定性。这个力描述了弹簧的行作用。讨论该物体的稳定性。这个力描述了弹簧的行为，与这个力联系在一起的是势能为，与这个力联系在一起的是势能把势能作为模型来研究稳定性。不仅可以用来描述线把势能作为模型来研究稳定性。不仅可以用来描述线性系统也可以描述非线性系统：在碗底滚动的小

10、球、性系统也可以描述非线性系统：在碗底滚动的小球、摇摆的摆锤、振动的吉他弦。摇摆的摆锤、振动的吉他弦。F = -Kx3. 方程的求解方程的求解要了解系统所发生运动的特点和规律，就要对数学模要了解系统所发生运动的特点和规律，就要对数学模型进行求解，以得到描述系统运动的数学表达式。通型进行求解，以得到描述系统运动的数学表达式。通常，这种数学表达式是位移表达式，表示为时间的函常，这种数学表达式是位移表达式，表示为时间的函数。表达式表明了系统运动与系统性质和外界作用的数。表达式表明了系统运动与系统性质和外界作用的关系。关系。精品课件精品课件！精品课件精品课件！4. 4. 结果的阐述结果的阐述根据方程的解提供的规律和系统的工作要求及结构的根据方程的解提供的规律和系统的工作要求及结构的特点，就可以进行结构设计或改进，以获得问题的最特点，就可以进行结构设计或改进，以获得问题的最佳解决方案。佳解决方案。建立振动系统的模型，就必须假