《振动基础》课件

《振动基础》课件本课件旨在介绍振动学的基本概念、原理和应用内容涵盖振动系统的基本模型、自由振动、强迫振动、共振等重要概念课程目标理解振动概念掌握振动分析方法掌握振动的基本定义，分类和类了解自由振动、受迫振动、阻尼型振动等概念，以及振动分析方法的应用掌握振动控制技术了解工程应用熟悉减振器、隔振器等常用振动学习振动在机械、土木、航空等控制技术和应用领域中的应用和案例分析什么是振动周期性运动弹性恢复力机械振动物体围绕平衡位置的往复运动，例如钟摆的振动通常由弹性恢复力引起，例如吉他弦的由机械因素引起的振动，例如地震引起的震摆动振动动振动的分类按振动体系的自由度分类按振动系统是否受到外界激励分类单自由度振动一个坐标就可以描述其运动状态，例如单摆自由振动系统不受外界激励，仅由初始条件决定其振动状态多自由度振动需要多个坐标才能描述其运动状态，例如多层建受迫振动系统受到外界激励，其振动状态由外界激励决定筑的振动自由振动与受迫振动自由振动受迫振动

11.

22.没有外力作用下，系统自身因系统受到外界周期性力的作用初始条件而产生的振动，产生的振动频率共振

33.

44.自由振动频率由系统本身固有受迫振动频率与系统固有频率特性决定相同时，振幅显著增大的现象简谐振动简谐振动是一种重要的振动形式，在现实生活中广泛存在简谐振动是指物体在恢复力作用下，围绕平衡位置做周期性运动简谐振动的特点是振动频率恒定，振幅可以改变阻尼振动阻尼振动是指振动系统在振动过程中，由于受到摩擦力、空气阻力等阻尼力的作用，振动幅度逐渐减小的振动阻尼力的大小和振动速度成正比，阻尼力越大，振动衰减越快共振现象当外力的频率与系统的固有频率相同时，系统将产生大幅度的振动，这就是共振现象共振现象在实际工程中十分常见，它可能导致设备损坏，甚至造成灾难性事故共振曲线共振曲线描述了系统在不同频率下的振动幅度变化情况它显示了当激励频率接近系统固有频率时，振动幅度会急剧增大，呈现峰值123峰值宽度斜率共振频率阻尼程度系统刚度实际工程应用中的共振桥梁建筑风力或车辆振动可能导致桥梁共振，造成结构地震或强风可能引发建筑共振，导致结构强度损坏降低飞机涡轮机发动机振动或气流扰动可能导致飞机共振，影旋转部件振动可能导致涡轮机共振，造成机械响飞行稳定性故障共振频率与系统固有频率系统固有频率共振频率共振条件系统固有频率是系统本身的固有特性，由系共振频率是系统在受到周期性外力驱动时，当外力频率与系统固有频率相等时，就会发统的质量和刚度决定，与外力无关振幅达到最大值的频率，与系统固有频率密生共振现象切相关共振的危害及预防危害预防共振会放大振动，导致设备损坏例如，调整设备工作频率，避免与系统固有频率桥梁坍塌、机器故障一致过度振动会造成噪音污染，影响人们生活使用减振器吸收振动能量，降低振动幅度和工作改变结构设计，避免共振发生扭转振动扭转振动是旋转物体绕其轴线发生周期性振动的一种运动形式其特点是振动方向与旋转轴线平行扭转振动在实际工程中应用广泛，例如发动机曲轴的振动、汽车传动轴的振动以及涡轮机叶片的振动非线性振动非线性系统混沌现象分岔工程应用非线性振动系统中，运动方程非线性振动系统可能表现出混非线性振动系统在参数变化时非线性振动现象广泛存在于机是非线性的，无法用简单的正沌现象，即系统对初始条件极，会发生分岔，系统行为发生械、航空、生物等领域，需要弦函数描述其敏感，导致不可预测的运动突变进行深入研究和分析随机振动随机振动是指振动的大小、频率和相位随时间随机变化的振动它是工程实际中常见的振动形式之一，例如风力机叶片、桥梁结构以及车辆行驶过程中的振动等随机振动具有不确定性，分析难度大，需要借助统计方法和概率理论来描述研究随机振动是理解和控制实际工程结构的振动行为的重要基础通过分析随机振动的特性，可以评估结构的疲劳寿命，预测结构的可靠性，并采取有效的振动控制措施，保证工程结构的安全性和可靠性离散系统的振动离散系统自由振动离散系统通常由多个质量块和弹当系统受到初始扰动后，会以其簧组成，每个质量块都具有自身固有频率进行自由振动，振动幅的运动特性度逐渐衰减受迫振动共振当系统受到外部激励力的作用时当激励频率接近系统的固有频率，会发生受迫振动，振动频率与时，会发生共振现象，振幅会大激励频率一致幅增加连续系统的振动桥梁振动桥梁承受风力、车辆荷载等因素，可能发生横向、纵向、扭转振动飞机振动飞机飞行时，机翼、机身会受到气流扰动，产生振动船舶振动船舶在水中航行，受到波浪冲击，可能产生横摇、纵摇、首摇振动振动分析的方法实验分析法通过实测获取振动信号，利用分析仪器进行频谱分析，确定振动频率、振幅等参数理论分析法建立振动系统的数学模型，利用微分方程等理论方法求解振动响应，并进行仿真分析数值分析法利用有限元法等数值计算方法对复杂振动系统进行分析，获得振动响应模态分析法通过实验或理论方法确定系统的固有频率、振型等参数，分析系统振动特性振动测试与仪器振动测试方法测试仪器12振动测试方法包括频率扫描、常用的振动测试仪器包括振动冲击响应、随机振动等传感器、信号放大器、数据采集器、分析软件等测试目的3振动测试的目的包括评估结构的振动特性、验证结构的强度和耐久性等振动测量的原理和技术传感器信号放大

11.

22.传感器将振动信号转换为电信放大传感器输出的微弱信号，号，例如加速度传感器、速度以便后续处理和分析传感器和位移传感器数据采集数据处理

33.

44.使用数据采集卡或仪器将放大对采集到的数据进行分析，例后的信号数字化如频谱分析、时域分析等，以提取振动特征振动测试标准国家标准国际标准国家标准为振动测试提供了统一的规范，确保测试结果的一致性和可比性GB/T国际标准，例如ISO2631，提供了振动测试的全球通用框架，促进不同国家和地10585-2006是中国常用的振动测试标准，它定义了振动测试方法、设备和测量区的测试结果的相互认可这些标准涵盖了各种应用，例如汽车、航空航天和工业参数设备的振动测试振动控制技术减振隔振通过减振器将振动能量转化为热在振动源和被保护对象之间设置能，降低振动幅度隔振装置，阻止振动传递吸振阻尼利用吸振材料或装置吸收振动能增加系统阻尼，抑制振动量，降低振动幅度动平衡旋转体平衡动平衡原理动平衡方法动平衡应用旋转体不平衡会导致振动和噪通过调整质量分布，使旋转体静态平衡和动态平衡，根据旋广泛应用于机械设备、航空航音达到平衡状态转体特性选择方法天、汽车等领域减振器的作用和选型减少振动减振器通过吸收或分散振动能量，降低系统振幅，保护设备和环境保护设备减振器能有效地降低振动对设备的负面影响，延长设备的使用寿命提高性能通过降低振动，减振器可以提高设备的精度和效率，改善工作环境减振器的安装正确位置1减振器安装在振动源和被保护设备之间安装方式2根据减振器类型选择合适的安装方式固定牢固3减振器安装必须牢固可靠调试4安装完成后进行调试，确保减振效果安装位置、方式、固定以及调试直接影响减振器的效果，需谨慎操作减振器的维护定期检查1定期检查减振器是否出现裂纹、磨损、松动或腐蚀现象更换老化或损坏的减振器清洁维护2定期清洁减振器表面，清除灰尘和污垢避免使用强酸或强碱性清洁剂润滑保养3定期给减振器添加润滑油，保持减振器内部的润滑状态振动控制的案例分析桥梁建筑物精密仪器高速列车减震器和隔振装置，抑制桥梁减振器和隔震技术，降低地震采用减震台和隔振措施，隔离运用减振技术，降低高速列车在车辆行驶时产生的振动，确或强风造成的建筑物振动，保外界的振动干扰，确保仪器正运行过程中的振动，提高舒适保桥梁结构安全和舒适性护人员生命财产安全常运行和精度性和安全性低频振动控制阻尼材料质量块

11.

22.低频振动通常需要特殊的阻尼材料，例如橡胶或聚合物，以增加质量块可以降低系统固有频率，从而远离低频振动范围吸收能量并减少振动隔振器主动控制

33.

44.选择适当的隔振器，例如空气弹簧或液压隔振器，以隔离低使用传感器和执行器，主动控制系统可以实时监测并抑制低频振动频振动总结与展望本课程深入浅出地介绍了振动的基本理论和应用从振动的基本概念到共振现象，再到振动控制技术，内容涵盖了振动学的主要内容课程内容实用性强，与实际工程应用紧密结合，为学生学习后续课程和从事相关工作打下了坚实的基础随着科学技术的发展，振动理论和应用不断发展，例如非线性振动、随机振动等新领域的研究将越来越重要未来，振动学将继续在机械、航空航天、土木工程等领域发挥重要作用课程作业及总结课程作业课程总结本课程的作业旨在巩固课堂所学知识，并运用所学理论解决实际本课程旨在为学生提供振动基础知识，帮助学生理解振动的基本问题例如，分析实际工程中的振动现象，设计减振措施概念和原理作业形式多样，可包括理论分析题、实验报告、仿真模拟、设课程内容涵盖振动的类型、特性、分析方法、控制技术等，并结计项目等合实际案例进行讲解，使学生能够将理论知识应用于实际工程问题。