《振動(dòng)理論》課程教學(xué)大綱

振動(dòng)理論編碼：ME05052Code:ME05052課程名稱：振動(dòng)理論CourseTitle:VibrationTheory課程類別：專業(yè)核心 Coursecategory:CoreCoursesinSpecialty學(xué)分：4 Credit（s）:4開課單位：機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院OfferingCollege/School:CollegeofMechanical&VehicleEngineering課程描述：本課程是一門為機(jī)械、土木、材料、數(shù)學(xué)等非力學(xué)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的力學(xué)基礎(chǔ)課。1、使學(xué)生能掌握振動(dòng)力學(xué)的基本概念、基本理論及分析方法，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。2、通過(guò)振動(dòng)力學(xué)的教學(xué)，逐漸培養(yǎng)學(xué)生將復(fù)雜的工程實(shí)際問(wèn)題抽象簡(jiǎn)化為便于計(jì)算的力學(xué)模型，并進(jìn)行數(shù)學(xué)求解的能力；3、培養(yǎng)學(xué)生基于基本概念和公理進(jìn)行邏輯推理的能力，獨(dú)立思考以及創(chuàng)新的能力。Coursedescription:ThiscourseisabasicMechanicscourseforstudentsspecializedinmechanicalengineering,civilengineering,materialengineering,mathematicsandothernon-mechanicalmajors.1）Enablestudentstomasterthebasicconcepts,theoriesandanalyticalmethodsofstatics,kinematicsanddynamics;Layfoundationsforthesubsequentcourses.2）Throughtheoreticalmechanicsteaching,studentswillgraduallydevelopabilitiesofsimplifyingcomplexengineeringproblemsintosimplymechanicalmodelforthecomputingpurpose,andthat

ofsolvingmathematicalproblems

aswell.3）Todevelopthestudents'abilitiesoflogicalreasoningbasedonthebasicconceptsandaxioms,andthatofindependentthinkingandinnovation.課程內(nèi)容（一）課程教學(xué)目標(biāo)通過(guò)振動(dòng)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握振動(dòng)力學(xué)中的基本概念、基本理論和計(jì)算技能，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)其他力學(xué)專業(yè)課程打基礎(chǔ)。在振動(dòng)力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生抽象力學(xué)模型的能力、分析能力、計(jì)算能力、自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。使學(xué)生能正確地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決工程問(wèn)題的能力。通過(guò)振動(dòng)力學(xué)的整個(gè)教學(xué)過(guò)程，不斷提高學(xué)生的素質(zhì)，使學(xué)生能應(yīng)用這些基本理論去探索解決工程問(wèn)題的正確途徑。為培養(yǎng)高層次的工程技術(shù)和科學(xué)研究人才做準(zhǔn)備。（相應(yīng)畢業(yè)要求：1.3、1.4、2.3、4.4）（二）基本教學(xué)內(nèi)容第一章、單自由度系統(tǒng)的振動(dòng)教學(xué)目的：通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，掌握抽象振動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)模型和建立振動(dòng)微分方程，掌握求無(wú)阻尼系統(tǒng)自由振動(dòng)解的方法，掌握求粘性阻尼系統(tǒng)自由振動(dòng)解的方法，掌握無(wú)阻尼和有阻尼系統(tǒng)受迫振動(dòng)的求解方法，掌握無(wú)阻尼和有阻尼系統(tǒng)受迫振動(dòng)的求解方法。教學(xué)重點(diǎn)：建立振動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)模型和建立振動(dòng)微分方程；無(wú)阻尼系統(tǒng)自由振動(dòng)解的方法；粘性阻尼系統(tǒng)自由振動(dòng)解的方法；無(wú)阻尼和有阻尼系統(tǒng)受迫振動(dòng)的求解方法。教學(xué)難點(diǎn)：阻尼系統(tǒng)自由振動(dòng)解的方法；有阻尼系統(tǒng)受迫振動(dòng)的求解方法。相應(yīng)畢業(yè)要求：1.3教學(xué)內(nèi)容：1.振動(dòng)的基本概念：了解簡(jiǎn)諧振動(dòng)的特征、周期振動(dòng)的諧波分析、一般振動(dòng)的譜分析；掌握抽象振動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)模型和建立振動(dòng)微分方程。2.無(wú)限尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)：掌握求無(wú)阻尼系統(tǒng)自由振動(dòng)解的方法；會(huì)用各種方法尤其是能量法求固有頻率。3.有阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)：掌握求粘性阻尼系統(tǒng)自由振動(dòng)解的方法；了解阻尼對(duì)自由振動(dòng)的影響和振幅對(duì)數(shù)衰減率的概念。4.簡(jiǎn)諧力激勵(lì)下的受迫振動(dòng)：掌握無(wú)阻尼和有阻尼系統(tǒng)受迫振動(dòng)的求解方法；會(huì)分析有阻尼系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)；了解共振的概念和固有頻率的重要性；掌握基礎(chǔ)簡(jiǎn)諧激勵(lì)下的受迫振動(dòng)的分析方法；了解隔振理論和二類隔振方法。5.周期激勵(lì)和一般激勵(lì)下的受迫振動(dòng)：掌握周期激勵(lì)下的受迫振動(dòng)的求解方法；會(huì)用單位脈沖響應(yīng)法、階躍分析法、Fourier變換法、Laplace變換法求解一般激勵(lì)下的受迫振動(dòng)。學(xué)時(shí)分配：課堂教學(xué)12學(xué)時(shí)，小班討論2學(xué)時(shí)第二章、兩自由度系統(tǒng)的振動(dòng)教學(xué)目的：通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解與掌握系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程，建立兩自由度振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程；了解固有振動(dòng)的基本概念，會(huì)計(jì)算固有頻率、固有振型，掌握用主坐標(biāo)系將運(yùn)動(dòng)解耦；掌握頻響函數(shù)矩陣、共振與反共振、脈沖響應(yīng)函數(shù)矩陣的概念；會(huì)求任意激勵(lì)下的響應(yīng)；了解粘性阻尼對(duì)簡(jiǎn)諧激勵(lì)響應(yīng)的影響；會(huì)設(shè)計(jì)無(wú)阻尼、有阻尼動(dòng)力吸振器；掌握子結(jié)構(gòu)綜合法。教學(xué)重點(diǎn)：建立兩自由度振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程；計(jì)算固有頻率、固有振型，掌握用主坐標(biāo)系將運(yùn)動(dòng)解耦；頻響函數(shù)矩陣、共振與反共振、脈沖響應(yīng)函數(shù)矩陣的概念；任意激勵(lì)下的響應(yīng)；設(shè)計(jì)無(wú)阻尼、有阻尼動(dòng)力吸振器；子結(jié)構(gòu)綜合法。教學(xué)難點(diǎn)：計(jì)算固有頻率、固有振型，掌握用主坐標(biāo)系將運(yùn)動(dòng)解耦；頻響函數(shù)矩陣、共振與反共振；任意激勵(lì)下的響應(yīng)；相應(yīng)畢業(yè)要求：1.3教學(xué)內(nèi)容：1.系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程：會(huì)建立兩自由度振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程。2.無(wú)阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)：了解固有振動(dòng)的基本概念，會(huì)計(jì)算固有頻率、固有振型；掌握用主坐標(biāo)系將運(yùn)動(dòng)解耦。3.無(wú)阻尼系統(tǒng)的受迫振動(dòng)：掌握頻響函數(shù)矩陣、共振與反共振、脈沖響應(yīng)函數(shù)矩陣的概念；會(huì)求任意激勵(lì)下的響應(yīng)。4.粘性阻尼系統(tǒng)的受迫振動(dòng)：了解粘性阻尼對(duì)簡(jiǎn)諧激勵(lì)響應(yīng)的影響。5.子結(jié)構(gòu)綜合：會(huì)設(shè)計(jì)無(wú)阻尼、有阻尼動(dòng)力吸振器；掌握子結(jié)構(gòu)綜合法。學(xué)時(shí)分配：課堂教學(xué)14學(xué)時(shí)，小班討論2學(xué)時(shí)第三章、多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)教學(xué)目的：掌握用剛度法、柔度法和Lagrange方程建立多自由度系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程；了解固有振型的性質(zhì)；掌握用主坐標(biāo)系、正則坐標(biāo)系將系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)解耦；掌握無(wú)阻尼系統(tǒng)受迫振動(dòng)的頻域分析、時(shí)域分析方法；了解模態(tài)截?cái)鄦?wèn)題；了解比例阻尼的概念；掌握比例阻尼系統(tǒng)自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)的分析方法；會(huì)求解具有一般粘性阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)問(wèn)題；掌握Dunkerley法、Rayleigh法、Ritz法、逆迭代法；了解其他數(shù)值方法；會(huì)用線性加速度法、Wilson-法、Runge-Kutta法等方法求動(dòng)響應(yīng)的數(shù)值解。教學(xué)重點(diǎn)：用剛度法、柔度法和Lagrange方程建立多自由度系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程；固有振型的性質(zhì)；用主坐標(biāo)系、正則坐標(biāo)系將系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)解耦；無(wú)阻尼系統(tǒng)受迫振動(dòng)的頻域分析、時(shí)域分析方法；比例阻尼系統(tǒng)自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)的分析方法；會(huì)求解具有一般粘性阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)問(wèn)題；Dunkerley法、Rayleigh法、Ritz法、逆迭代法；會(huì)用線性加速度法、Wilson-法、Runge-Kutta法等方法求動(dòng)響應(yīng)的數(shù)值解。教學(xué)難點(diǎn)：用主坐標(biāo)系、正則坐標(biāo)系將系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)解耦；無(wú)阻尼系統(tǒng)受迫振動(dòng)的頻域分析、時(shí)域分析方法；比例阻尼系統(tǒng)自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)的分析方法；會(huì)求解具有一般粘性阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)問(wèn)題。相應(yīng)畢業(yè)要求：1.3教學(xué)內(nèi)容：1.系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程：掌握用剛度法、柔度法和Lagrange方程建立多自由度系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程。2.無(wú)阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)：了解固有振型的性質(zhì)；掌握用主坐標(biāo)系、正則坐標(biāo)系將系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)解耦；會(huì)分析系統(tǒng)的自由振動(dòng)。3.無(wú)阻尼系統(tǒng)的受迫振動(dòng)：掌握無(wú)阻尼系統(tǒng)受迫振動(dòng)的頻域分析、時(shí)域分析方法；了解模態(tài)截?cái)鄦?wèn)題。4.比例阻尼系統(tǒng)的振動(dòng)：了解比例阻尼的概念；掌握比例阻尼系統(tǒng)自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)的分析方法。5.一般粘性阻尼系統(tǒng)的振動(dòng)：會(huì)求解具有一般粘性阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)問(wèn)題。6.近似方法與數(shù)值解：掌握Dunkerley法、Rayleigh法、Ritz法、逆迭代法；了解其他數(shù)值方法；會(huì)用線性加速度法、Wilson-法、Runge-Kutta法等方法求動(dòng)響應(yīng)的數(shù)值解。學(xué)時(shí)分配：課堂教學(xué)14學(xué)時(shí)，小班討論2學(xué)時(shí)第四章、無(wú)限自由度系統(tǒng)的振動(dòng)教學(xué)目的：通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解與掌握桿的自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)的分析方法。會(huì)建立梁的振動(dòng)微分方程；掌握梁的自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)的分析方法。了解復(fù)雜邊界條件下的固有振動(dòng)；了解軸向力對(duì)固有振動(dòng)的影響。了解矩形、圓形薄膜的固有振動(dòng)。掌握彈性薄板的振動(dòng)分析方法。了解粘性阻尼、材料阻尼對(duì)彈性體振動(dòng)的影響。了解能量原理，掌握Ritz法、有限元法。教學(xué)重點(diǎn)：梁的自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)的分析方法；復(fù)雜邊界條件下的固有振動(dòng)；能量原理。相應(yīng)畢業(yè)要求：1.4、2.3教學(xué)內(nèi)容：1.彈性桿、軸和弦的振動(dòng)：會(huì)建立振動(dòng)微分方程；掌握桿的自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)的分析方法。2.彈性梁的振動(dòng)：會(huì)建立梁的振動(dòng)微分方程；掌握梁的自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)的分析方法。了解復(fù)雜邊界條件下的固有振動(dòng)；了解軸向力對(duì)固有振動(dòng)的影響。3.薄膜的振動(dòng)：了解矩形、圓形薄膜的固有振動(dòng)。4.彈性薄板的振動(dòng)：掌握彈性薄板的振動(dòng)分析方法。5.阻尼系統(tǒng)的振動(dòng)：了解粘性阻尼、材料阻尼對(duì)彈性體振動(dòng)的影響。6.近似分析方法：了解能量原理，掌握Ritz法、有限元法。學(xué)時(shí)分配：課堂教學(xué)10學(xué)時(shí),，小班討論2學(xué)時(shí)第五章、振動(dòng)測(cè)試教學(xué)目的：通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解測(cè)量對(duì)象的邊界條件對(duì)振動(dòng)測(cè)試的影響；會(huì)正確地使用：激振器、傳感器、前置放大器和分析系統(tǒng)。掌握采樣、離散Fourier變換的技術(shù)。會(huì)用正弦掃頻法、錘擊法測(cè)量頻響函數(shù)。了解模態(tài)參數(shù)識(shí)別的技術(shù)。教學(xué)重點(diǎn)：測(cè)量對(duì)象的邊界條件對(duì)振動(dòng)測(cè)試的影響。激振器、傳感器、前置放大器和分析系統(tǒng)。采樣、離散Fourier變換的技術(shù)。會(huì)用正弦掃頻法、錘擊法測(cè)量頻響函數(shù)。模態(tài)參數(shù)識(shí)別的技術(shù)。教學(xué)難點(diǎn)：測(cè)量對(duì)象的邊界條件對(duì)振動(dòng)測(cè)試的影響。激振器、傳感器、前置放大器和分析系統(tǒng)。相應(yīng)畢業(yè)要求：1.4、2.3、4.4教學(xué)內(nèi)容：1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與測(cè)試儀器：了解測(cè)量對(duì)象的邊界條件對(duì)振動(dòng)測(cè)試的影響；會(huì)正確地使用：激振器、傳感器、前置放大器和分析系統(tǒng)。2.振動(dòng)信號(hào)的數(shù)字處理：掌握采樣、離散Fourier變換的技術(shù)。3.頻響函數(shù)測(cè)量：會(huì)用正弦掃頻法、錘擊法測(cè)量頻響函數(shù)。4.模態(tài)參數(shù)識(shí)別：了解模態(tài)參數(shù)識(shí)別的技術(shù)。學(xué)時(shí)分配：課堂教學(xué)6學(xué)時(shí)考核方式本課程考核采用閉卷考試的形式期評(píng)成績(jī)占比：1.平時(shí)成績(jī)一（考勤、課堂討論）占20%2.平時(shí)成績(jī)二（作業(yè)、實(shí)驗(yàn)）占20%3.期末考試成績(jī)（閉卷