船舶動力機械振動與噪聲學(xué)主講人：航海學(xué)院劉喬

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郵箱：lq9921405@163.com第1章振動問題導(dǎo)論振動現(xiàn)象振動危害和利用振動的概念振動的分類振動現(xiàn)象心臟的搏動，耳膜，和聲帶的振動等汽車、火車、飛機及機械設(shè)備的振動家用電器、鐘表的振動地震及聲、電、磁、光的波動等振動的危害

輕則影響乘坐的舒適度；降低儀器、儀表的精度

重則危害人體健康；引起機械設(shè)備、土木結(jié)構(gòu)的破壞振動的利用振動機械、振動壓路機、振動成型機樂器、微波爐吉他音叉機械振動的定義機械或結(jié)構(gòu)（振動系統(tǒng)）在平衡位置附近的往復(fù)運動振動系統(tǒng)的必要組件1）質(zhì)量原件2）彈性原件機械振動的分類1、按振動系統(tǒng)的自由度數(shù)分類單自由度系統(tǒng)振動——確定系統(tǒng)在振動過程中任何瞬時幾何位置只需要一個獨立坐標的振動多自由度系統(tǒng)振動——確定系統(tǒng)在振動過程中任何瞬時幾何位置需要多個獨立坐標的振動連續(xù)系統(tǒng)振動——確定系統(tǒng)在振動過程中任何瞬時幾何位置需要無群多個獨立坐標的振動自由度：就是確定系統(tǒng)在振動過程中任何瞬時幾何位置所需要獨立坐標的數(shù)目機械振動的分類2、按振動系統(tǒng)的激勵類型分類自由振動——系統(tǒng)在初始干擾或者原有的外激勵取消后產(chǎn)生的振動強迫振動——系統(tǒng)在外激勵作用下產(chǎn)生的振動自激振動——系統(tǒng)在輸入和輸出之間具有反饋特性并有能源的補充而產(chǎn)生的振動激勵：力或者更進一步說是能量機械振動的分類3、按振動系統(tǒng)的響應(yīng)分類簡諧振動——能用一項時間的正弦或余弦函數(shù)表示系統(tǒng)響應(yīng)的振動周期振動——能用時間的周期函數(shù)表示系統(tǒng)響應(yīng)的振動瞬態(tài)振動——只能用時間的非周期衰減函數(shù)表示系統(tǒng)響應(yīng)的振動

隨機振動——不能用簡單的函數(shù)或函數(shù)組合表達運動規(guī)律，只能用統(tǒng)計的方法表示系統(tǒng)響應(yīng)的振動響應(yīng)：振動規(guī)律振動及系統(tǒng)分類按運動微分方程的形式可分為：描述其運動的方程為線性微分方程，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的一個重要特性是線性疊加原理成立描述其運動的方程為非線性微分方程，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)。對于非線性振動，線性疊加原理不成立線性振動非線性振動緒論返回振動問題1、響應(yīng)分析2、系統(tǒng)辨識和系統(tǒng)設(shè)計3、環(huán)境預(yù)測（激勵力的確定）振動系統(tǒng)激勵輸入響應(yīng)輸出第一類：已知激勵和系統(tǒng)，求響應(yīng)動力響應(yīng)分析主要任務(wù)在于驗算結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品等在工作時的動力響應(yīng)（如變形、位移、應(yīng)力等）是否滿足預(yù)定的安全要求和其它要求在產(chǎn)品設(shè)計階段，對具體設(shè)計方案進行動力響應(yīng)驗算，若不符合要求再作修改，直到達到要求而最終確定設(shè)計方案，這一過程就是所謂的振動設(shè)計

正問題系統(tǒng)（輸入）激勵（輸出）響應(yīng)√√?緒論第二類：已知激勵和響應(yīng)，求系統(tǒng)系統(tǒng)識別，系統(tǒng)辨識求系統(tǒng)，主要是指獲得對于系統(tǒng)的物理參數(shù)（如質(zhì)量、剛度和阻尼系數(shù)等）和系統(tǒng)關(guān)于振動的固有特性（如固有頻率、主振型等）的認識以估計物理參數(shù)為任務(wù)的叫做物理參數(shù)辨識，以估計系統(tǒng)振動固有特性為任務(wù)的叫做模態(tài)參數(shù)辨識或者試驗?zāi)B(tài)分析第一個逆問題系統(tǒng)（輸入）激勵（輸出）響應(yīng)√√?緒論第三類：已知系統(tǒng)和響應(yīng)，求激勵環(huán)境預(yù)測例如：為了避免產(chǎn)品在公路運輸中的損壞，需要通過實地行車記錄汽車振動和產(chǎn)品振動，以估計運輸過程中是怎樣的一種振動環(huán)境，運輸過程對于產(chǎn)品是怎樣的一種激勵，這樣才能有根據(jù)地為產(chǎn)品設(shè)計可靠的減震包裝第二個逆問題系統(tǒng)（輸入）激勵（輸出）響應(yīng)√√?緒論系統(tǒng)（輸入）激勵（輸出）響應(yīng)√√?緒論第一類：已知激勵和系統(tǒng)，求響應(yīng)：動力響應(yīng)分析，正問題

第二類：已知激勵和響應(yīng)，求系統(tǒng)：系統(tǒng)辨識，第一個逆問題

第三類：已知系統(tǒng)和響應(yīng)，求激勵：環(huán)境預(yù)測，第二個逆問題這三類問題基本囊括了現(xiàn)實振動中的所有問題振動問題的研究方法實際系統(tǒng)物理模型簡化模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)方程仿真分析實驗分析物理解數(shù)學(xué)解振動問題及其解決方法解決振動問題的方法理論分析—主要體現(xiàn)在“計算”

實驗研究—有虛擬“試驗”工程實際振動問題的計算結(jié)構(gòu)動力學(xué)計算技術(shù)在振動力學(xué)中的應(yīng)用計算技術(shù)在汽車振動分析中的應(yīng)用用計算機模擬整車的動力學(xué)特性計算工程軟件在振動分析中的應(yīng)用發(fā)動機的有限元分析的動態(tài)演示計算技術(shù)在飛機振動分析中的應(yīng)用飛機機翼的振動演示計算結(jié)構(gòu)動力學(xué)在振動分析中的應(yīng)用工程實際振動問題的動態(tài)演示計算工程軟件在振動分析中的應(yīng)用橋梁振動的動態(tài)演示計算工程軟件在振動分析中的應(yīng)用第一階振型圖第二階振型圖風(fēng)振響應(yīng)圖有限元圖北京植物園展覽溫室風(fēng)振響應(yīng)計算工程軟件在振動分析中的應(yīng)用渦輪機頻率分析的動態(tài)演示振動在汽車碰撞中的應(yīng)用汽車正面碰撞的演示振動在汽車碰撞中的應(yīng)用汽車正面碰撞的振型演示車身第9階自振頻率車身第10階自振頻率車身第12階自振頻率振動在汽車碰撞中的應(yīng)用碰撞場景碰撞結(jié)果碰撞前碰撞中碰撞后汽車碰撞實景以及前后分析圖解振動力學(xué)在現(xiàn)代科技的應(yīng)用納米管的1階(A)、2階(B)、3階(C)振動的振型與懸臂梁振型相同。納米管的截面尺度約1納米(nm)=10-3微米(m)=10-6毫米(mm)。1999年Science雜志振動力學(xué)在現(xiàn)代科技的應(yīng)用納米管振動的幅頻特性與單自由度系統(tǒng)特性完全相同，且共振頻率很高，達2.4MHz，因此以納米管作為振動傳感器可以獲得很寬頻帶的傳感器。1999年Science雜志振動實驗與測試

線性條件下，被測試的結(jié)構(gòu)的振動特性是結(jié)構(gòu)固有的，可以用不同的數(shù)學(xué)模型描述，但這些模型均是對結(jié)構(gòu)特征值的近似表示，關(guān)鍵在于解決實驗?zāi)Ｐ秃徒Y(jié)構(gòu)實際特性之間的近似程度問題。

測試系統(tǒng)應(yīng)包括：試驗結(jié)構(gòu)、激勵系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、分析系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)。振動實驗與測試

●光測法：將機械振動轉(zhuǎn)換為光信息進行測量

●電測法：機電變換原理。

●機械法：杠桿（相對式接觸式）或慣性原理（絕對式接觸式）接收并記錄振動振動測試方法如下所述。振動實驗與測試感應(yīng)式振動試驗臺

可進行試驗的項目：沖擊、正弦、正弦+隨機、隨機、隨機+隨機、實測信號模擬、沖擊響應(yīng)譜、瞬態(tài)捕捉。振動實驗與測試用振機進行拱壩原體振動試驗三向六自由度（兩個水平向及豎向的平動，繞三個主軸的轉(zhuǎn)動共三向六個自由度）地震模擬振動臺振動實驗與測試高塔的風(fēng)洞實驗和振動臺架實驗振動實驗與測試高層建造結(jié)構(gòu)振動臺模型試驗振動實驗與測試

采用激振器對整車進行激勵，激振器端部

安裝力傳感器，通過安裝在車架和車身上的傳感器測量車輛的動力響應(yīng)。整車模擬振動試驗臺振動實驗與測試

軍用飛機發(fā)動機齒輪在飛行過程中出現(xiàn)斷裂。經(jīng)過模態(tài)分析發(fā)現(xiàn)齒輪某一階工作頻率與發(fā)動機工作頻率非常接近。安裝在振動臺上以此頻率進行激勵，一小時以后齒輪出現(xiàn)與實際工作破壞相同的裂紋，表明是共振引起破壞。振動實驗與測試噴氣飛機全機振動試驗振動實驗與測試空調(diào)風(fēng)機的振動模態(tài)實驗測試實例圖示振動實驗與測試

機械系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)體不平衡引起的振動，往往也是一種周期性運動。例如，下圖是某鋼廠減速機上測得的振動信號波形(測點3)，可以近似的看作為周期信號。某鋼廠減速機振動測點布置圖振動運動學(xué)簡諧振動簡諧振動的疊加任意周期振動的諧波分析緒論A振幅：表示物體離開平衡位置的最大位移；T周期->圓頻率

簡諧振動

相位角:決定振動物體在t時刻運動狀態(tài)的重要物理量；初相位，即t=0時的相位，表示振動物體的初始位置。復(fù)數(shù)表示：一般取虛部簡諧振動的速度和加速度（1）只要位移是簡諧函數(shù)，則速度和加速度也是簡諧函數(shù)，而且與位移具有相同的頻率；（3）表明簡諧振動的加速度與位移恒成正比而反向，即加速度始終指向平衡位置。這是簡諧振動的運動學(xué)特征。（2）速度相位比位移相位超前，加速度比位移超前簡諧振動的疊加同方向上的簡諧振動：兩個振動方向在同一直線方向上。這兩個振動同時發(fā)生，最終表現(xiàn)出的振動形式就是它們綜合的效果。當兩個簡諧振動的頻率相同時：由此可見：合成振動仍然是一個簡諧振動，其頻率與原來分振動的頻率相同。合成振動的振幅決定于分振動的振幅及其相位差，兩個分振動同相時，相位差=0，則合成振動振幅等于兩個振動的振幅和；兩個分振動反相時，相位差，則合成振動振幅等于兩個分振動的振幅差。設(shè)復(fù)數(shù)

則

式中：合成振動振幅

合成振動初相位

當兩個簡諧振動的頻率不同時，問題就比較復(fù)雜，因為這時兩個分振動的相位差本身也成了時間的函數(shù)。設(shè)t=0時，兩個分振動的相位差為。則在時間為t時，兩個分振動的相位差可用下式表示。這時，仍可應(yīng)用前面的推導(dǎo)結(jié)果，但必須看成是一個變量。由此可見：合成振動的振幅A是時間t的周期函數(shù)，它將以作為頻率，在的范圍內(nèi)變動。若兩個分振動的振幅相差不大，那么合成振幅按一定頻率時而增大，時而減小的現(xiàn)象就十分明顯。振幅的這種變化的現(xiàn)象稱為“拍”，振幅從一個最小值通過最大值再到下一個最小值的時間是拍的周期T拍，其倒數(shù)就稱為拍頻，拍頻就等于兩個分振動的頻率之差。諧波分析（harmonicanalysis）——把一個周期函數(shù)展開成一個富里哀級數(shù)，亦即展開成一系列簡諧函數(shù)之和。任意周期振動的諧波分析

49阻尼振動的圖象.flv

6．基準聲壓的大小為（B）A．10-5PaB．2×10-5PaC．10-4PaD．102Pa習(xí)題振動必然產(chǎn)生聲波

（×）振動產(chǎn)生的必要條件是有質(zhì)量原件、彈性原件和阻尼原件（×）已知振動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和響應(yīng)，