機械振動第一講

1、機械振動第一講第1頁，共16頁，2022年，5月20日，3點3分，星期四9/20/2022第一章 緒論結(jié)構(gòu)振動緒論1.1 振動的概述振動：物體經(jīng)過它的平衡位置所作的往復(fù)運動。 多種形式的物理現(xiàn)象都包含有振動: 聲、光、電 人們?nèi)粘Ｉ钪幸搽x不開振動： 心臟搏動、耳膜、聲帶、音樂產(chǎn)生 等。 工程中振動現(xiàn)象比比皆是:航空、航天、能源、交通、電子、化工、建筑 機器運動，如機床、 橋梁和建筑物的振動 車、船、飛行器振動第2頁，共16頁，2022年，5月20日，3點3分，星期四9/20/2022振動的危害性： 1 人員舒適性與健康問題 2 儀器設(shè)備的工作適應(yīng)性及可靠性問題（MIL-STD-810, GJ

2、B-150,HB5830） 3 結(jié)構(gòu)的振動強度與振動耐久 性問題 振動的利用：振動傳輸；振動篩選；振動研磨；振動拋光；振動壓實；振動攪拌；振動沉樁；振動按摩； 振動發(fā)聲；振動提示； 健康監(jiān)測等。振動的消極作用振動的積極作用結(jié)構(gòu)振動緒論第3頁，共16頁，2022年，5月20日，3點3分，星期四9/20/2022結(jié)構(gòu)振動緒論第4頁，共16頁，2022年，5月20日，3點3分，星期四9/20/2022結(jié)構(gòu)振動緒論飛行器結(jié)構(gòu)在使用中普遍存在振動問題： 飛行中非定常氣動力與彈性結(jié)構(gòu)耦合產(chǎn)生振動 （突風(fēng)響應(yīng)，抖振, 顫振） 飛行器動力裝置產(chǎn)生的振動及噪聲激勵產(chǎn)生的振動 武器發(fā)射、投放等動作產(chǎn)生的沖擊作用造

3、成的振動 著陸和滑行及某些地面機動產(chǎn)生的振動、沖擊造成的振動 飛行器結(jié)構(gòu)、機載設(shè)備振動問題（儀器儀表） 管路 (液壓、燃油)系統(tǒng)振動 振動對飛行器的危害主要有：使飛行器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動態(tài)疲勞裂紋，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞；使機載設(shè)備系統(tǒng)發(fā)生功能失靈或損壞，導(dǎo)致飛行器失事；使乘坐環(huán)境惡化，影響乘員準確完成操作任務(wù)；總之，振動問題伴隨飛行器整個“生命周期” ，影響飛行器定型、影響乘坐品質(zhì)、維修成本增加、影響飛行器結(jié)構(gòu)與設(shè)備的可靠性、壽命耐久性。第5頁，共16頁，2022年，5月20日，3點3分，星期四9/20/2022結(jié)構(gòu)振動緒論抖振第6頁，共16頁，2022年，5月20日，3點3分，星期四9/20/2022結(jié)構(gòu)振

4、動緒論顫振災(zāi)難性后果Tacoma大橋跨度853米1940年11月7日,19米/秒風(fēng)速下發(fā)垮塌 第7頁，共16頁，2022年，5月20日，3點3分，星期四9/20/20221飛行器結(jié)構(gòu)振動、噪聲載荷預(yù)估和測試技術(shù)研究2飛行器結(jié)構(gòu)動強度綜合設(shè)計技術(shù)研究3飛行器結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計技術(shù)研究4飛機內(nèi)埋彈艙結(jié)構(gòu)振動/聲耐久性設(shè)計和控制技術(shù)應(yīng)用研究5S型進氣道抗振動疲勞設(shè)計、動力學(xué)優(yōu)化分析與驗證技術(shù)研究6垂尾防抖振動力學(xué)設(shè)計與驗證技術(shù)7液壓/燃油管系結(jié)構(gòu)動強度分析與試驗驗證技術(shù)8半主動起落架及緩沖系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)研究結(jié)構(gòu)振動緒論第8頁，共16頁，2022年，5月20日，3點3分，星期四9/20/2022按振動系統(tǒng)參

5、數(shù)分布離散系統(tǒng)： 由集中參量元件(質(zhì)量、彈簧、阻尼器)組成的系統(tǒng)。 (運動用常微分方程描述,是時間的函數(shù))連續(xù)系統(tǒng)：由連續(xù)分布彈性體組成的系統(tǒng)。(運動用偏微分方程描述，是時間和空間的函數(shù))結(jié)構(gòu)振動緒論1.2 振動系統(tǒng)分類響應(yīng)(輸出)激勵(輸入)振動系統(tǒng)動載荷動響應(yīng)組成離散系統(tǒng)三要素：質(zhì)量（慣性）、剛度（彈性) 、阻尼mkc 集中參量元件: 阻尼 c 質(zhì)量m 彈簧 k 第9頁，共16頁，2022年，5月20日，3點3分，星期四9/20/2022結(jié)構(gòu)振動緒論連續(xù)系統(tǒng)模型離散系統(tǒng)模型第10頁，共16頁，2022年，5月20日，3點3分，星期四9/20/2022線性系統(tǒng)： 質(zhì)量不變，且彈性力與阻尼力簡

6、化為線性模型的振動系統(tǒng).(運動用線性微分方程描述)非線性系統(tǒng)： 彈性力與阻尼力不能簡化為線性模型的振動系統(tǒng).(運動用非線性微分方程描述) 一個實際的振動系統(tǒng)，是線性系統(tǒng)還是非線性系統(tǒng)，要根據(jù)具體情況來決定。小振幅情況下系統(tǒng)一般均可認為是線性系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)振動緒論按系統(tǒng)方程特征分按系統(tǒng)參數(shù)描述分定則系統(tǒng)(確定性系統(tǒng))：系統(tǒng)參量的變化規(guī)律可用時間的確定性函數(shù)描述的振動系統(tǒng). 隨機系統(tǒng)：系統(tǒng)參量無法用時間的確定性函數(shù)描述，只能用有關(guān)的統(tǒng)計特性描述.第11頁，共16頁，2022年，5月20日，3點3分，星期四9/20/2022結(jié)構(gòu)振動緒論振動系統(tǒng)分類離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)(按系統(tǒng)參數(shù)分布)線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)(按

7、系統(tǒng)方程特征)單自由度系統(tǒng)有限多自由度系統(tǒng)無限多自由度系統(tǒng)線性模型定則系統(tǒng)隨機系統(tǒng)(按系統(tǒng)參數(shù)描述)常參量系統(tǒng)變參量系統(tǒng) 本課程僅限于討論定則(常參)、線性、離散(單、多自由度)續(xù)系統(tǒng)的自由振動和在確定性激勵下的強迫振動分析。第12頁，共16頁，2022年，5月20日，3點3分，星期四9/20/2022結(jié)構(gòu)振動緒論按激勵控制方式按 激勵性質(zhì)振動形式定則振動 (定則系統(tǒng)受定則激勵)隨機振動 (定則系統(tǒng)受隨機激勵)自由振動強迫振動自激振動參激振動1.3 振動形式分類本課程僅限于討論定則系統(tǒng)的自由振動和強迫振動。第13頁，共16頁，2022年，5月20日，3點3分，星期四9/20/2022自由振動：

8、彈性系統(tǒng)在偏離平衡位置后,不再受到任何外界激勵的情形下所產(chǎn)生的振動。強迫振動：彈性系統(tǒng)在受外界控制的激勵作用下發(fā)生的振動。自激振動：彈性系統(tǒng)在受系統(tǒng)振動本身控制的激勵作用下發(fā)生的振動。參激振動：指激勵方式通過周期地或隨機的改變系統(tǒng)的特性參量來實現(xiàn)的振動。結(jié)構(gòu)振動緒論第14頁，共16頁，2022年，5月20日，3點3分，星期四9/20/2022結(jié)構(gòu)振動緒論1.4 振動（動力學(xué)）研究內(nèi)容響應(yīng)(輸出)激勵(輸入)振動系統(tǒng)動載荷動響應(yīng)已知系統(tǒng)激勵響應(yīng)1. 振動分析響應(yīng)計算或正問題已知響應(yīng)激勵系統(tǒng). 振動系統(tǒng)識別 逆問題或參數(shù)識別已知系統(tǒng)響應(yīng). 振動環(huán)境預(yù)測激勵 載荷識別激勵識別,系統(tǒng)識別,響應(yīng)分析 振

9、動系統(tǒng)綜合/設(shè)計第15頁，共16頁，2022年，5月20日，3點3分，星期四9/20/20222 慣性力的存在（慣性效應(yīng)）振動系統(tǒng)中質(zhì)點具有加速度，從而在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了慣性力。如圖（a）所示，簡支梁在動載荷P(t)作用下所產(chǎn)生的梁的位移與加速度有關(guān)，梁中的彎矩、剪力不僅要平衡外載荷P(t)，而且要平衡振動梁的加速度所引起的慣性力。可是如果簡支梁所承受的是靜載荷，如圖（b）所示，則其彎矩、剪力及撓曲線形狀在給定的邊界條件下只取決于給定的靜載荷P.所以慣性力的存在是動力學(xué)問題的又一特征。由理論力學(xué)質(zhì)點動力學(xué)可知，由于慣性力項的出現(xiàn)，使質(zhì)點振動的運動方程為二階常系數(shù)線性微分方程（在微幅振動條件下），這也就在一定程度上確定了動力學(xué)運動方程的形式和求解的特點。因此，在動力學(xué)中，必須十分重視結(jié)構(gòu)的質(zhì)量大小與分布情況，注意研究振動中慣性力的狀況。動力學(xué)(振動)問題區(qū)別于靜力學(xué)問題的基本特性結(jié)構(gòu)振動緒論1 動力問題都包含時間變量（頻率效應(yīng)，小載荷可能產(chǎn)生大應(yīng)力）在動力分析中，輸入（激勵）的大小、方向甚至作用點，一般都是隨時間而變化的。這就決定了動力系統(tǒng)的輸出（響應(yīng)）也隨時間而變化。這時，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形除了與