《动力学与仿真基础》教学大纲（本科）.docx

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1、动力学与仿真基础教学大纲课程英文名Dynamics and The Fundamentals of Simulation课程代码01M0098学分2.0总学时32理论学时32实验/实践学时0课程类别专业教育课课程性质选修课先修课程高等数学、大学物理、理论力学、材 料力学适用专业机械电子工程、机械设计制造及其自 动化开课学院机电工程学院执笔人审定人制定时间2018年5月一、课程地位与课程目标（一）课程地位动力学与仿真基础是高端制造技术的重要组成部分，是机械类专业（机械电子工程、机 械设计制造及其自动化）的重要学科基础课程，是以研究机械振动的基本原理、基本方法及机械 振动在工程领域的应用为主要内容

2、的应用技术课程。教学任务是：（1）理解机械振动的基本概念、分类及简化方法和力学模型、物理参数及特性；（2）熟练掌握单自由度系统的理论与应用；（3）熟练掌握二自由度及多自由度系统的理论基础及工程实例；（4）掌握经典连续系统的建模及求解方法以及数值方法，并了解经典工具软件的特点及初步 使用。通过本课程的学习，要求学生掌握机械振动的基础理论、机械振动的利用、防治、建模技能 与分析方法，培养对机械系统和工程结构进行振动分析与控制，有效地处理机械工程中振动问题 的能力。（二）课程目标1 .掌握单自由度系统线性振动的基本理论。2 .掌握二自由度、多自由度系统建模及自由度系统解耦求解方法。3 .掌握经典连续

3、系统建模分析的方法和手段。4 .掌握连续系统分析的数值方法及常用的软件工具特点及初步使用。（三）思政教育目标（1）由辩证唯物主义中的认识论，阐述如何发现科学问题，通过严谨的数学推导和变换， 使学生在逻辑思维能力、抽象思维能力以及分析问题与解决问题的能力方面受到初步训练；培养 学生辩证唯物主义世界观和科学思维方法。（2）阐述我国科学家动力学与控制领域中的贡献以及治学风范，增强文化自信和民族自豪 感，宣扬工匠精神和核心价值观，引导学生做核心价值观的坚定信仰者、积极传播者、模范践行 者。（3）中国高端装备领域人才紧缺，以及中国对高端智能制造装备技术的迫切需求现状，增 强学生对国家民族自强发展的紧迫感

4、，激发和增强学生的民族自尊心和责任感。二、课程目标达成的途径与方法第一章：绪论1）系统与机械系统：系统，机械系统，系统组成2）材料变形与动力学分类：动态系统问题的类型，材料的变形和断裂，动力学分类3）系统模型与振动分类：力学模型与数学模型，振动及其分类，振动问题的求解步骤4）系统模型分类及其处理方法：系统模型分类，离散系统与连续系统，线性系统与非线性 系统，确定性系统与随机性系统，无阻尼系统与有阻尼系统，定常系统与参变系统5）机械振动的理论体系与研究内容：机械振动的研究意义，机械振动的理论体系，机械振 动的研究内容第二章：振动问题的力学基础1）自由度与广义坐标：自由度，广义坐标2）虚位移原理与

5、广义力：功和能，虚位移，理想约束，虚位移原理，广义力第三章：单自由度系统的振动1）振动系统模型及其简化：单自由度系统的基本模型，单自由度系统模型的简化2）单自由度系统的自由振动：单自由度线性系统的运动微分方程及其系统特性，振动系统 的线性化处理，单自由度无阻尼系统的自由振动，自然频率的计算方法，有阻尼系统的自由振动3）谐波激励下的强迫振动：谐波激励下系统振动的求解方法，谐波激励下的无阻尼强迫振 动，谐波激励下的有阻尼强迫振动第四章：两自由度系统的振动1）两自由度系统的自由振动：两自由度振动系统的运动微分方程，无阻尼系统的自由振动 与自然模态2）坐标耦合与自然坐标：坐标耦合，自然坐标3）两自由度

6、系统振动的拍击现象第五章：多自由度系统的振动的理论基础与工程实例1）多自由度系统的振动微分方程：用牛顿运动定律或定轴转动方程建立运动方程，用拉格 朗日方程建立运动微分方程，用刚度影响系数法建立运动微分方程，用柔度影响系数法建立运动 微分方程2）线性变换与坐标耦合3）多自由度系统的自由振动：无阻尼自由振动，特征值问题，模态向量的正交性与正规性, 模态矩阵与正则矩阵，自然坐标与正则坐标，微分方程解耦，多自由度系统对初始激励的响应,系统矩阵与动力矩阵，有阻尼多自由度系统的自由振动Q4）部分连续系统弦、杆、梁等的理论基础与工程中数值分析的经典软件入门。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标毕业要

7、求（支撑程度H、M、L）145课程目标(1)HMM课程目标(2)LHM课程目标(3)LHM课程目标(4)MMH注：1.支撑强度分别填写H、M或L(其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低);2 .毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述。四、课程主要内容与基本要求知识点主要内容基本要求绪论振动力学系统概述、趋势、应用及意义L1单自由度系统的自由振动 理论无阻尼自由振动L1有阻尼的自由振动L1简谐激励作用下的强迫振动L1非简谐激励作用下的强迫振动L1两个自由度系统振动理论两自由度系统的运动微分方程L2无阻尼自由振动L1无阻尼强迫振动L1多自由度系统理论基础无阻尼自由振动和特征值问题L3振型向量正

8、交性和主坐标L3模态分析法L3经典连续系统的理论基础 和数值方法及经典工具软 件计算固有频率的近似方法L3知识点主要内容基本要求振动相关的基础知识掌握振动的基本概念、分类L1掌握简谐振动的概念、叠加原理等基本知识L1掌握振动的危害与应用L1离散系统的振动微分 方程掌握实际系统际系统的离散化力学模型L1理解自由度、广义坐标的概念和原理L2掌握振动微分方程的建立、等效质量刚度等L2理解振动微分方程的一般形式L2离散系统的单自由度 系统的振动 无阻尼单自由度系统自由振动的特性、固 有频率的求解L3 有阻尼单自由度系统自由振动的特性、固 有频率的求解L3 有阻尼单自由度系统受迫振动的特性、固 有频率的

9、求解、隔振的概念L3有阻尼单自由度系统对周期激励、瞬态激 励以及任意激励响应的求解L3离散系统的多自由度系 统的振动多自由度系统的振动微分方程：用牛顿运动 定律或定轴转动方程建立运动方程，用拉格朗 日方程建立运动微分方程，用刚度影响系数法 建立运动微分方程，用柔度影响系数法建立运 动微分方程L3多自由度系统的自由振动：无阻尼自由振 动，特征值问题，L3多自由度系统的模态向量的正交性与正规 性，模态矩阵与正则矩阵，自然坐标与正则坐 标，微分方程解耦L3多自由度系统对初始激励的响应，系统矩阵 与动力矩阵，有阻尼多自由度系统的自由振动L3连续系统振动的分析建 模弦的横向振动L1杆的纵向振动L1轴的扭

10、转振L1梁的弯曲振动L1计算机仿真技术概述L1软件系统的类型、种类及特点L3仿真软件的初步使用方法L2基本要求：L1-理解，L2-掌握，L3-熟练掌握五、课程学时安排知识点教学内容课时课对应的课程目标绪论(2学时)振动力学系统概述、趋势、应用及意义振动的分类离散系统和连续系统简谐振动及其表示方法叠加原理振动的幅值度量2课程目标(1)单自由度系统 的自由振动理 论(12学时)无阻尼自由振动4课程目标有阻尼的自由振动2课程目标(1)简谐激励作用下的强迫振动2课程目标简谐强迫振动理论的应用2课程目标周期激励下强迫振动1课程目标非简谐激励作用下的强迫振动1课程目标(2)两个自由度系 统振动理论(8 学

11、时)两自由度系统的运动微分方程4课程目标(2)无阻尼自由振动2课程目标(2)无阻尼强迫振动2课程目标(2)多自由度系统 (8学时)无阻尼自由振动和特征值问题2课程目标(3)振型向量正交性和主坐标2课程目标(3)模态分析法4课程目标(3)经典连续系统 的数值方法及 典型工具软件 (2学时)一维波动方程0.5课程目标(4)梁的弯曲振动0.5课程目标(4)集中质量法0.2课程目标(4)假设模态法0.3课程目标(4)模态综合法0.3课程目标(4)有限元法0.2课程目标(4)合计32六、考核方式及成绩评定考核形式考核内容评定标准占比平时作业成绩考核课堂教学各知识点的复习程度、 听课效果和掌握熟练度。学生课程平时成绩考核细 则15%课堂表现成绩以点验到课率，课堂互动回答问题等 形式，检验学生学习态度。考勤，学生主动回答问题15%其末考试考核各知识点的主要内容试卷参考答案与评分标准70%八、推荐教材与主要参考书1、推荐教材：方同、薛璞著：振动理论及应用，西北工业大学出版社，2010年3月。2、主要参考书：Vibration Problems in Engineering,Timshenko S., John Wiley and Sons 1974机械振动，季文美，科学出版社，1985机械振动(上册)，清华大学力学系振动组，机械工业出版社，1980。