机械振动第1章：绪论.ppt

第一章第一章 绪论绪论机械振动机械振动：指机械系统：指机械系统(即力学系统即力学系统)中的振动。中的振动。任何力学系统，只要它具有弹性和惯性，都可任何力学系统，只要它具有弹性和惯性，都可能发生振动。这种力学系统称为能发生振动。这种力学系统称为振动系统振动系统。第一节第一节 机械振动基本概念机械振动基本概念 机械振动举例机械振动举例心脏的搏动、耳膜和声带的振动心脏的搏动、耳膜和声带的振动 声音的产生、传播和接收声音的产生、传播和接收 桥梁和建筑物在阵风或地震激励下的振动桥梁和建筑物在阵风或地震激励下的振动飞机和船舶在航行中的振动飞机和船舶在航行中的振动机床和刀具在加工时的振动机床和刀具在加工时的振动各种动力机械的振动各种动力机械的振动控制系统中的自激振动控制系统中的自激振动机械振动危害机械振动危害振动会影响精密仪器设备的功能，降低加工精度，加剧构件的疲劳振动会影响精密仪器设备的功能，降低加工精度，加剧构件的疲劳 和磨损，缩短机器和结构物的使用寿命和磨损，缩短机器和结构物的使用寿命振动可能引起结构的大变形破坏，有的桥梁曾因振动而坍毁振动可能引起结构的大变形破坏，有的桥梁曾因振动而坍毁飞机机翼的颤振、机轮的抖振往往造成事故飞机机翼的颤振、机轮的抖振往往造成事故车、船和机舱的振动会劣化乘载条件车、船和机舱的振动会劣化乘载条件强烈的振动噪声会形成严重的公害。强烈的振动噪声会形成严重的公害。塔科马桥（塔科马桥（1940年年7月月1日日11月月7日）的风毁事故日）的风毁事故振动的有利面振动的有利面o振动是通信、广播、电视、振动是通信、广播、电视、雷达等工作的基础。雷达等工作的基础。o利利用用振振动动的的生生产产装装备备和和工工艺艺有有：振振动动传传输输、振振动动筛筛选选、振振动动研研磨磨、振振动动抛抛光光、振振动动、沉沉桩桩、振振动动消消除除内应力等。内应力等。第二节第二节 振动系统的分类振动系统的分类振动系统振动系统（按自由（按自由度划分）度划分）（按参量（按参量划分）划分）离散离散系统系统连续连续系统系统各力是否各力是否为线性为线性单自由单自由度系统度系统多自由多自由度系统度系统确定确定系统系统随机随机系统系统常参量常参量系统系统变参量变参量系统系统线性线性系统系统非线性非线性系统系统离散系统与连续系统离散系统与连续系统离散系统离散系统：具有集中参数元件所组成的系统。：具有集中参数元件所组成的系统。连续系统连续系统：由分布参数元件组成的系统。：由分布参数元件组成的系统。离散系统离散系统连续系统连续系统线性系统和非线性系统线性系统和非线性系统线性振动系统线性振动系统，指该系统的振动可以用线性微分方程描述，指该系统的振动可以用线性微分方程描述非线性振动系统非线性振动系统，指该系统的振动只能用非线性微分方程描述指该系统的振动只能用非线性微分方程描述对对O O点取矩，得到单摆的运动微分方程：点取矩，得到单摆的运动微分方程：1 1、当、当较大时，较大时，sinsin 是是的非线性函数，的非线性函数，单摆应视为非线性振动系统。单摆应视为非线性振动系统。2 2、当、当很小以至于很小以至于 时：时：此时：单摆应视为线性振动系统。此时：单摆应视为线性振动系统。确定系统与随机系统确定系统与随机系统 系统可用确定性的微分方程来表示的振动系统为系统可用确定性的微分方程来表示的振动系统为确定系统确定系统；系统只能用随机微分方程来表示的系统为系统只能用随机微分方程来表示的系统为随机系统随机系统。按激励类型按激励类型1.1.自由振动自由振动：系统受初始扰动后不再受外界激励时：系统受初始扰动后不再受外界激励时2.2.所作的振动。所作的振动。3.3.2.2.受迫振动受迫振动：系系统在随时间变化的激励作用下产生的统在随时间变化的激励作用下产生的 振动。振动。3.3.自激振动自激振动：由非振动性激励引起的振动（系统受：由非振动性激励引起的振动（系统受 到自身控制的激励作用时所引起的振动）。到自身控制的激励作用时所引起的振动）。1.1.4.4.参数激励参数激励：由于系统的参数随时间周期变化而引起：由于系统的参数随时间周期变化而引起2.2.的大幅度振动。的大幅度振动。第三节第三节 振动形式分类振动形式分类按响应类型按响应类型1.1.固有振动固有振动：无阻尼多自由度线性系统中的单频率振：无阻尼多自由度线性系统中的单频率振动，也称主振动。动，也称主振动。2.2.简谐振动简谐振动：描述系统运动状态的物理量是随时间按：描述系统运动状态的物理量是随时间按正弦或余弦变化的运动过程。正弦或余弦变化的运动过程。3.3.周期振动周期振动：描述系统运动状态的物理量重复振动一：描述系统运动状态的物理量重复振动一次所需的最短时间，称为周期。次所需的最短时间，称为周期。4.4.混沌振动混沌振动：发生在确定性非线性系统中的貌似随机：发生在确定性非线性系统中的貌似随机而对初始条件十分敏感的无规则但可以确定的运动。而对初始条件十分敏感的无规则但可以确定的运动。5.5.随机振动随机振动：无法用确定性函数表示，须用概率统计：无法用确定性函数表示，须用概率统计方法定量描述其运动规律统计特性的振动。方法定量描述其运动规律统计特性的振动。按系统类型按系统类型1.1.线性振动线性振动：常参量系统中构件的弹性服从胡克定律，：常参量系统中构件的弹性服从胡克定律，运动时受到与速度成正比的阻尼力作用的振动。运动时受到与速度成正比的阻尼力作用的振动。2.2.非线性振动非线性振动：回复力与位移不成线性比例或阻尼力：回复力与位移不成线性比例或阻尼力与速度不成线性比例的系统的振动。与速度不成线性比例的系统的振动。3.3.确定性振动确定性振动：响应为时间的确定性函数，如简谐振：响应为时间的确定性函数，如简谐振动、周期振动和混沌振动都为确定性振动。动、周期振动和混沌振动都为确定性振动。4.4.随机振动随机振动：无法用确定性函数表示，须用概率统计：无法用确定性函数表示，须用概率统计方法定量描述其运动规律统计特性的振动。方法定量描述其运动规律统计特性的振动。工程实际中的振动问题工程实际中的振动问题o第一类：已知系统模型和外载荷求系统响应，称第一类：已知系统模型和外载荷求系统响应，称为响应计算（分析）或正问题。为响应计算（分析）或正问题。o第二类：已知输入和输出求系统特性，称为系统第二类：已知输入和输出求系统特性，称为系统识别或参数识别，又称为第一类逆问题。识别或参数识别，又称为第一类逆问题。o第三类：已知系统特性和响应求载荷，称为载荷第三类：已知系统特性和响应求载荷，称为载荷识别（振动环境预测），又称为第二类逆问题。识别（振动环境预测），又称为第二类逆问题。