机械振动与模态分析基础

所需积分/C币:50 2018-10-25 10:28:57 4.34MB PDF
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振动分析类书籍,可以指导进行振动模态分析的人进行基础类学习。
h书是一本机械利结构动忘分析的简明著作,是解决机蛾与 结构的振动(强度〕和噪声(舒适性〕间题的基础。前平部分讲述线 件动的经理论及应用,包括单自由度系统、多卣由度系统和弹 性体振动;后*部分讲迟模态分析理论及测试技术、频壎及时域的 参数识判方法、灵皈度分析和结閣动力修改。书屮述介绍了棋态分 析技术在各个领域应川的文獻,供读者参考。 本可供机槭类、牟期、动力和建等专业的高年级大学生、 础究生和工积擭术人员使用 书在版编目(CIP)数据 机椃振动与模态分析基础/许本文,焦群英编著.一北 京:机械工业出版社,1998.8 ISN7-111-6500-X 机…【.⑨许…②焦…Ⅲ.机椃振动-模态-振动分析Ⅳ.TH1I3.1 中国版本图书馆(IP数据核字(98〕第19596号 出版人:当九荣{北京市百万F大街22号邮蚊编码1937 责任缟辑:吴柏者李万宇版式设计:冉晓华责任校刈:张莉娟 封面设计:姚毅责任印制:王国光 机械工业出版社京丰印刷厂印刷·新华书店北京发行所发行 1998年8月第1版第1次印刷 850mX11G8mm42·10,5印帐·271千 分001-…30)y)册 定价:18.07元 凡购本书如有缺页、倒页、脱页,由本社发行部词换 前等 这是一本机械和结构动态分祈的基础理论著作,奉献给有志于提 高我国机电产品的性能、质量和市场竟争力的中青年科技工作者,特 别是机械类各专业的高年级大学生、研究生和工程技术人员使用。 现代机硪不断向髙速、轻量、低能耗和高性能发展,机械和结 构的振动与噪声问题日益突出,故在机械和结构的设计与翁逍过 程中,必须进行机械和结构的振动特性分析。对样机进行振动模态 试验,已成为新产品研制中不可缺少的重要步骤。生产发展的需 要,促使振动的模态分析技术在近20年中得到迅速的发展,井在 航空、航天、车弻、机床、电机、船舶、建筑筚行业中得到广泛的应 用。因此机械振动和试验模恋分析的理论,已经成为现代工程技 术人员必备的知识 对力学和振动专业的读者,已有一些很好的札械振动和模态 分析的教材[[可供选用;但对机械工程和土木工程专业的读 者,因选修课时有限,这些教材的深广度就不太适宜。本书的目的 就是为谯者提供一本只需用50~60学时即可学完的筒明教材,其 中包括线性振动和试验模态分析的基本内容。这些内容,曾在我校 北京农业工程大学)的农业机被、汽车拖拉机、计算力学、工程力 学、内燃机和水力机械各专业的研究生和商年级大学生中多次讲 授过。实践证明,只要很好地掌握这些内容,邓可逐步开屐机械和 结构的动态性分析工作。 作者根多年从事机械振动和橫态分析的教学经驗,对本书 的写作风格和章节编排都作了精心考慮。例郊:对各种方法的特点 加以论述,有的还加以对比,以便读者加深理解;再如:两个卣由度 系统的振动不单独立章而将其核心内容作为多自由度系统的特 例来讲,既可避免不必要約重复、减少了学时,也可使课程的超点 狡高,以适应高年级学生的使用要求。 本书共九章,前四章是线性振动的经典内容,也是模态分析的 基础。考虑到我国目前机槭类各专业极少把线性振动列为必修课, 故前四章被基础教材的风格写成、各章都配有例題和习题,通过求 解必要数量的习题+可使读者深入理解和扩展正文的内容第五章 讲述模杰分析的理论基础,给出各种情况下频响函数与模态参数 固有频率、固有振型、阻尼比)的关系式或图示,它们是识别模态 参数的依据。第六章是模态测试技术,本章在大学本科已学过的机 械工程测试技术78的基础上作了必要的补充,以备后面各章 实践之用。第七、八两章分别介绍了频域内和时域内有代表性的模 态参数识别方法。第九章介绍了结构参数识别、灵敏度分析和结构 动力修改。这些内容为修改结构设计和动力特性的优化设计,提供 了有效的方法。附录中介绍?一种筒捷的矩阵运算软件包 在本书的后五章中,各章鄴列有若于阅读文献这些文献都选 自国内公开发行的刊物上,便于查找。由于文献大多是各专业人员 的论文,初学者不一定都能看懂,但这也无妨,读者应主要关注文 章的思路、方法和结论。通过对文献的阔读,既可加深对模态分桁 技术的理解,又可了解它在各个领域的广泛应用能逐岁引导读者 参与这一新兴技术的应用实践 在学习本课程时,最好能配合进度做几个简单的实验。例如, 在学完第二章时,可做多自由度的固有频率与振型的实验;在学完 第四章时,可做弹性体的振型实验;在学完第七章时,可做频响函 数与模态参数识别的实验。 本书读者,应具备工科院校的高等数学(包括工程数学)理论 力学和材料力学的知识 本书反映的多是本学科近20年的成果,它较系统地反映了 验模态分析技术的原理。这对刚涉及该领域的读者,显然是有益 的。郾为尽管现代测试和分析设备及其支持软件多能自动完成分 析计算并显示出结果,但正确地应用这些软件,却需要具备上述振 动分析和试验模恋分析技术的基础知识。 前 第一章单自由度系統的振动 第-节无阻尼自由振动… 中中d4卧』吾卧晋冒卧即甲『P◆b中西日b■ 一、振动微分方程的建立 、振动微分方程的解 q4v平中▲即即唱甲即甲学中◆·山·血鄙_即即即罩日自日 、小结 第二节固有频率的计算方法 ■■b聊聊白·■4h■卜即骨■卜甲卜申中自自自■自■曾1冒 、静位移法… 凸山凸啁■■■p■■聊■■ψ幽鲁■■■鲁■甲4甲甲 、建立微分方程求固有频率… 专◆冒中ψ■▲■通b■画诅■冒吾冒甲中4当当郾 三、能量法… 四、瑞利法 ■·■●■甲聊h■▲昏■斷■冒甲宁甲甲中】bb·b ■■■44 五、等效质量与等效刚度 第二节有阻尼自振动 +…"11 第四节简谐激励下的强迫振动 ;p聊ψ画ψ▲血酯4昌■看唱卩即PP中中自日号一 15 、振动微分方程及其解 5 二、瞬态强迫振动… 山▲·■bd■即■·申昌■画■■■■卜即唱甲唱中■自■4日 f7 三、稳态强迫振动… 聊■聊■■血■唱甲 ……了8 第五节强迫振动的复数表示法 甲q甲b中中蚤■■“口日■冒『冒甲中中古b4 2 第六节偏心转子引起的强迫振动 25 第七节基座激励与隔振∵…………………………*………27 基座运动引起的强迫振动 fnn■■4■q即日甲■ψ情号b■■香P晕甲b曾 2 振动隔离 ■■■國■■■ 上4 29 第八节测振仪的基本原理 30 --、宦移计………… ■p■中_鲁中 3王 二、加速度计 民d■■ 32 第九节转轴的旋曲与临界转速 中■昌4■晋■『唱中幽■ 33 第十节任意周期激励下的强迫振动 35 第十…-节等效粘性阻尼…… 粘性阻尼每周期消耗的能量 ■郾_■■■■看晶 36 等效粘性阻尼系数的求法 ■■_■4■ 37 第十二节瞬态振动 【■〖■【■ r…39 、脉冲激励的响应… T■↓冒■■ h山h▲中西中ψ 4 任意激励的响应 三、基座的仼意激勋的响应 q■■b旮■督■■■■■血■山山幽山山白山即聊甲罪罪聊 ■d■國■ 4王 刂题 卩鲁■■■■■■白昌■h■■山■白山即聊聊即■即 ■d■■■&■●■■■■郾■·■晶d击昌 第二章多自由度系统的振动 聊·■■■↓聊■■聊■■■■■■■b4■d■b■■郾郾凸啁4▲ 第一节振动微分方程的建立 牛顿法 ■↓■■■冒■↓酽■■■■■■昌普■醫↓■■■冒鲁口■■■國■口■■■-■■_昌■■凸■■■山■■凸■晶凸 、拉格朗日法…… ………52 三、菜度系数法………………………“"… 54 第二节无阻尼自由振动…….….…………………………57 固有频率与主振型… 二,坐标的动力耦合与静力耦合 ……6I 第三节主振型的正交性………………,8…:63 主振型的正交性 ……*MMM·63 主质歇与主刚度 64 第四节固有频率相等或为零的情况……………………,64 、特征方程有重根时… 64 特征方程有零根时 65 第五节利用振型矩阵解耦 ■凸■郾4看■■阝啁■看■■即↓■唱唱即即毛■即口命山■即聊聊 67 、振型矩阵与主坐标…… 67 二、正则振型矩阵与正则坐标…… 68 三、小结 4_凸山d ↓甲甲自甲申甲鲁血血■血■■ 69 第六节用振型叠加法求自由振动的响应 无阻尼系统对初始激励的响应 70 比例阻尼系统对初始激励的响应 d■■d■■■P吾■p晋甲甲即中山血·d 73 第七节用振型叠加法求强迫振动的响应……"…………74 、激励力是筒诰力 q甲B甲中山山山山b4目语即吾唱日甲即目F甲!中中山·日自日 二、激力是时间的任意函数………“………"76 振型截断法 77 第八节动力吸振器与阻尼战振器 4pp口p甲甲q章血幽··雪■日■■■『甲■ 、动力吸振器…………………“""…""w78 二、离心摆式吸振器… M…·80 、阻尼减振器… 省血■山『自鲁■冒■■■曾号■中· 警q■甲中ψ◆ 82 题 "…"…84 第三章多自由度系统特征值河题的近似解法 ■■冒 89 第一节矩阵迭代法……“…………""……""89 基频及其振型的求法……………………………·89 高阶固有频率及其振型的求法 中幽b—画↓■■即即即如己ψ白日昌■■昏■唱 第二节瑞利能量法 卜q■↓冒P中血鲁 98 基本作法 、改进精度的作法…………………”……""9 第二节邓克菜法 ■■自自■■■■ IoI 第四节李茨法 ▲■普■■即中ψh ■■日D↓画卓山画■■看■■■『會唱 .-..I04 第五节霍尔兹法 甲中ψ■血■昌■■即■即4昌画■画鲁督■冒即甲自昏■■■P即曾甲◆ Ici 第六节传递矩阵法 申■■會■冒 卜4 l08 弹簧质量系统 d画■ψ■画声画■d画■萨卓卓自■昏口■曲●省日 109 、轴的扭转振系统 ■即·自■@■血■■■ 會即章中中血日一■ 11f 分叉系统 四、梁的弯曲振动系統 五、阻尼系统 720 六、小结 吾即中命聊命■罗中山如昌日普 …………121 习题 ……,,…"……………*……………i27 第四章弹性体的振动 I26 第一节波动方程的求导及其解 谓■『『ψ■■↓■↓申福■晋甲甲鲁■血·■■■■P甲 26 杆的纵向振动 ■■曾中■西■■■口qP■ ………………………………126 轴的扭转振动 ■■山↓如■■■晋冒冒卓即·■曾■■曾即『中■4通■■■P;中日■■毛 ……127 弦索的横向振动 …4……"…,……4:…128 四、波动方程的解 ■■曾卜■■『■↓日 12日 第二节杆的纵向振动 130 一、左端固定右端自由 130 左端固定右端有弹性支承 如中d画4备■_聊命血昌4h吾■ 232 自由端有附加质量……………………………………"……132 四、小结…………………………了3 第三节轴的扭转振动 毛■d■國 ■『■■ 134 、左端固定右端自由, …4…∴…∴…134 左端固定右端装有圆盘 幽山“中中面中甲甲■中平曾甲p甲即q即冒即中『■即中■自音■■■血■ 第四节用振型叠加法求扭转振动的响应 1■■血血血血■■■ l36 振型函数的正交性… 4P+++aaHs+t 136 正则振型函数… ■山·ψ中甲ψ 甲■■甲■鲁■甲↓■■『冒『■q口■■冒鲁■■4■晶■昌十■ a+ I38 三、正则坐标变换…… 1·『q『备■ l38 四、初始激励响应………………………………………139 九、激扰力矩的响应………………………………140 第五节梁的横向振动……………………………………………………143 振动微分方程的求导及其解 143 二、典型的过界条件…………,……………………王46 第六节梁横向振动的固有频率和振型 I48 左端固定右端筒支………………………………………148 、其他边界条件的固有颊率和振型 ■■■■■山■■■■■■↓聊·■■■幽■卓;动 149 第七节用振型歪加法求梁的横向振动的响应 普■■唱即■日日日P日号■吾日日吾日吾日即 51 振型函数的正交性 r51 正则坐标变换…………………………………"…………………Ⅰ54 三、初始激励的响应 4!■■4■■看 54 四、任意激励的响应 ………“s156 五、基础运动引起的响应 159 第戊节近似解法 …160 、迭代法 ……”*…*160 瑞利法 ■■●■■■■■■■b■b■■■■聊血·;··ψ;ψψ■ψ·d卜ψ;ψ■ψ●ψψ↓ψh■■■■■■■■■■·■■■■ 165 、李茨法 769 习题………………………………………………t72 第置章模态分析的理论基础… I77 第…节引言 卓早血_白自自血日 ………………∵………t77 第二节单自由度系统频响函数的表达式 17& 粘性阻尼系统………………………“…………"178 结构阻尼系统 ▲山山山中山画▲_如日如·4h·晶↓■b■■4■↓■·日备■·■日■■↓■■ 130 三、速度频响函数与加速度频响函数 l80 第三节单自由度系统频响函数的图示法""""18 、频响函数的幅频图和相频图 、频响函数的实频图和虚频图 ■■■P中ψb4 183 频响函数的矢端图 t…186 第四节多自度系统实模态分析"… 188 比例粘性阻尼系统……………"…"""188 二、比例结构阻尼系统 品A日4日日PPq44+号44日·日日日■即即自山昌占目F备唱 29王 第五节多自由度系统复模态分析… d看■■■■■E聊如如山■ 191 非比例结构阻尼系统… ……………:192 非比例粘性阻尼系统∵ Fq申卓卓·■鲁■曾■曾即甲电中中卓鲁4日普日普冒 93 三、复模态传递函嫩献表达式 ▲"“……196 四、复模态与实模态的比较………………………""200 阅读文献 卜■b■■會◆电鲁 四*岖■…204 第六章模态测试技术概要…………………………205 第一书频响函数的测试系统 …+………206 第二节信号的描述………………………""”208 随机过程的幅值域描述 “a"z(8 随机过程的时差域描述—相关分析………………"210 随机过程的频率域描述 ■自q卓卓自口雪■雪号■一申中西ψ唱昏甲■■音■号■备◆「+ 2iN 第三节数字信号处理技术的工作原理 中""213 、离散傅里叶变换………………………"……""………213 二、釆样定理与迭混∵……… ■日■·q·b中聊画■■啬■■■备冒p卓單■晶■■自■■·山画■ 24 三、细化 “4如吾目■日中早日■F号4早■ ■■烟■■■即喝·■罩唱督■■ 226 四、泄淵与加窗 4■晶■↓■备■即ψ■■·昏■ 217 第四节稳态正弦激振……………………………"""…222 第五节宽频带激振… ■自·鲁血■會■會斷■ 222 瞬态激振 卓卓中面画■■■4霅4号吾音日即日P中中◆中 222 二、随机激振 ■■■音昏 瞬态随机激振 鲁■■■■晋■『ψ■■ ■■『聊■■ 227 四、小结 p看 228 第六节频响函数的估计 ,"4…"4……………-…*230 仅在输出端含有噪声的情况 唱即中■會■■■ 即ψ■■ 230 二、仅在输入端含有噪声的情况…… 23

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