《振动理论》课件

振动理论本课程介绍振动理论的基本概念、方法和应用，包括自由振动、强迫振动、振动系统的稳定性、非线性振动、随机振动等课程目标掌握振动基本理论学习振动分析方法培养振动控制能力深入理解振动现象、基本概念和基本规律熟练运用振动分析软件和工具进行实际问题掌握振动控制的基本原理和方法，并能够应的分析与解决用于工程实际什么是振动振动是指物体围绕平衡位置的往复运动它是一种常见的物理现象，在日常生活中无处不在，如钟摆的摆动、汽车的震动、乐器的发声等等振动可以是周期性的，也可以是非周期性的周期性振动是指物体在相同的时间间隔内重复相同的运动，而非周期性振动则没有规律振动的基本类型自由振动受迫振动自激振动没有外界激励，仅由初始条件决定的振动在外部激励作用下发生的振动系统本身通过能量交换产生的振动单自由度振动系统质量1弹簧2阻尼器3单自由度振动系统是振动学的基础，它包含一个质量、一个弹簧和一个阻尼器阻尼振动系统摩擦阻尼1由于物体间的接触面摩擦产生的阻力，例如刹车片粘性阻尼2物体在流体中运动时，流体对物体产生的阻力，例如汽车行驶时的风阻滞后阻尼3材料自身内部结构变化产生的阻力，例如橡胶的内摩擦受迫振动系统外部激励受迫振动系统受到来自外部的周期性力或运动激励系统响应系统会以特定频率和振幅响应外部激励共振现象当激励频率接近系统的固有频率时，振幅会显著放大共振现象当外力频率与系统固有频率一致时，振幅会大幅增加，这种现象被称为共振共振会对结构造成严重破坏，例如桥梁坍塌、建筑物倒塌等多自由度振动系统耦合振动1多个自由度相互影响模态分析2识别系统固有频率振动模式3系统不同振动方式正交座标多自由度振动系统中，每个坐标都代表一个独立的运动方向每个坐标方向都相互垂直，形成一个正交坐标系正交座标系可以简化振动分析，方便计算和理解正交模态振动独立振动能量集中每个模态都以其独特的频率和振每个模态的能量集中在特定区域动模式振动，不会影响其他模态，可以帮助识别系统中最脆弱的部分系统响应分析每个模态的振动特性可以预测系统对外部激励的响应，例如地震或风荷载瑞利阻尼定义优势12瑞利阻尼是一种广泛应用于结瑞利阻尼模型简单易用，能有构动力学分析的阻尼模型它效地模拟结构的能量耗散，适假设阻尼力与速度和加速度成用于各种工程应用正比，并考虑了频率的影响应用3瑞利阻尼模型被广泛用于地震工程、机械振动分析、声学等领域结构振动结构振动是指结构物在外部激励作用下发生的振动现象它是许多工程问题中需要重点关注的一个重要因素，例如建筑物、桥梁、飞机、火箭等结构振动的研究对于保证结构的安全性和可靠性至关重要通过对结构振动进行分析和预测，可以有效地避免结构因振动而发生失效或破坏集中质量系统简化结构分析计算振动频率预测结构行为连续系统连续系统定义连续系统特点与集中质量系统不同，连续系统具有无限多个自由度，其振动可连续系统通常具有更复杂的振动模式，需要更高级的数学方法进以通过偏微分方程描述行分析板和壳的振动板的振动壳的振动板是指具有较大面积、较小厚度的结构板的振动通常表现为弯曲壳是指具有曲面的三维结构，例如圆柱形或球形壳的振动会受到振动，并伴随复杂的模式其几何形状和边界条件的影响振动测量振动传感器数据采集测量振动的幅度、频率和相位将振动信号转换为数字数据信号处理对数据进行分析，提取关键信息振动传感器类型工作原理常见的振动传感器类型包括加速传感器通过将振动信号转换为电度计、速度计、位移计等信号，从而实现振动的测量应用振动传感器广泛应用于机械故障诊断、结构健康监测、噪声控制等领域振动分析数据采集信号处理结果分析利用振动传感器采集振动信号，并通过数对采集到的振动信号进行处理，如滤波、根据信号分析结果，判断设备的运行状态据采集系统记录放大、频谱分析等，并进行故障诊断故障诊断振动分析通过分析振动信号，识别机器的异常状态，确定故障类型和程度数据采集使用传感器采集机器的振动数据，并进行存储和处理故障定位根据振动分析结果，确定故障发生的部位和原因振动控制主动控制1利用外部能量来抑制振动被动控制2利用系统本身的特性来抑制振动智能材料控制3利用智能材料的特性来控制振动被动控制减振器隔振器通过消耗振动能量，降低振动幅隔断振动传递路径，减少振动传度播吸振器将振动能量转移到特定频率的吸振器上主动控制实时监测控制算法12主动控制系统通过传感器实时基于实时监测数据，控制算法监测振动状态，获取振动信号计算出所需的控制力或控制信号执行机构3执行机构根据控制信号，产生相应的控制力或控制信号，抑制振动智能材料控制压电材料形状记忆合金压电材料可以将机械能转换为电能，反之亦然它可以用于主动振形状记忆合金具有在特定温度下恢复其原始形状的能力它们可以动控制，根据振动信号改变其形状，从而改变结构的振动特性用于被动或主动振动控制，通过改变其形状来吸收振动能量减振设计减小振幅隔离振动调整频率减振设计通过改变系统参数，例如质量、通过使用隔振装置，将振动源与敏感设备改变系统的固有频率，使其远离激励频率刚度和阻尼，以降低振动幅度，减少振动隔离，减少振动传递，以避免共振现象对系统的影响节能降噪降低能量消耗，减少能源浪费降低噪声污染，改善工作和生活环境减少对环境的影响，促进可持续发展工程应用案例振动理论在工程领域中有着广泛的应用，例如桥梁、建筑物、机械设备、航空航天等通过对振动现象的分析和控制，可以提高工程结构的可靠性、安全性、舒适性和节能性振动学发展趋势多学科交叉融合新型材料应用与人工智能、大数据、云计算等应用智能材料、纳米材料等，开技术融合，推动智能振动控制和发新型减振降噪材料和结构诊断发展仿真与实验结合绿色可持续发展基于虚拟现实和增强现实技术，发展节能降噪技术，降低振动对开展更加高效的振动分析与控制环境的影响研究结论与讨论振动理论在工程中的重要性振动分析的应用未来展望振动理论在工程设计中至关重要，确保结构振动分析可以识别故障，进行预测性维护，未来振动学将与人工智能、智能材料等技术的可靠性、安全性以及舒适性提高设备效率和使用寿命融合，推动更先进的振动控制和减振设计参考文献《振动理论》《机械振动》胡海岩，高等教育出版社，刘延柱，机械工业出版社，年年20102018《振动与噪声控制》陈立群，机械工业出版社，年2008。