机械振动系统的现代动态设计与分析

前言

第1章 机械振动基本理论

1.1 单自由度振动系统分析

1.1.1 单自由度系统的自由振动

1.1.2 单自由度系统的受迫振动

1.2 多自由度振动系统分析

1.2.1 多自由度振动系统的运动方程

1.2.2 固有频率、主振型和方程解耦

1.2.3 多自由度系统的受迫振动

1.3 线性振动分析实例

参考文献

第2章 计算模态分析

2.1 引言

2.2 机械结构系统的动态有限元方程

2.2.1 单元的动力学方程

2.2.2 机械结构的动力学方程

2.2.3 机械结构模态分析的基本方程

2.3 机械结构固有特性的求解方法

2.3.1 广义Jacobi法

2.3.2 逆迭代法

2.3.3 Rayleigh商迭代法

2.3.4 Sturm序列对分法

2.3.5 行列式搜索法

2.3.6 子空间迭代法

2.4 机械结构振动响应的求解方法

2.4.1 振动响应的振型叠加法

2.4.2 振动响应的时域积分法

2.5 机械结构计算模态分析实例

参考文献

第3章 实验模态分析

3.1 引言

3.2 频率响应函数与模态参数

3.2.1 实模态分析

3.2.2 复模态分析

3.2.3 实模态系统频率响应函数的留数表示

3.3 实验模态分析的基本过程

3.3.1 结构激振

3.3.2 数字信号采集与处理

3.3.3 频率响应函数估计

3.3.4 模态参数识别

3.4 实验模态分析的算法程序

3.4.1 信号处理的实现

3.4.2 频率响应函数估计的实现

3.4.3 部分模态参数辨识的实现

3.4.4 模态振型拾取的实现

3.5 实验模态分析实例

参考文献

第4章 减振理论与减振设计

4.1 被动隔振的基本原理

4.2 被动消振的基本原理

4.2.1 阻尼消振的原理

4.2.2 动力消振的原理

4.2.3 冲击消振的原理

4.3 主动减振简介

4.4 发动机悬置元件的减振分析

4.4.1 橡胶材料本构关系的确定

4.4.2 橡胶悬置的有限元模型

4.4.3 橡胶悬置的应力分析

4.5 发动机悬置元件的减振优化设计实例

4.5.1 原悬置系统的能量耦合分析

4.5.2 发动机悬置系统的减振优化设计

4.5.3 发动机减振效果的比较分析

参考文献

第5章 机械结构系统的动力修改

5.1 引言

5.2 结构动力修改的灵敏度分析

5.2.1 灵敏度分析的基本原理

5.2.2 结构的复模态灵敏度

5.3 结构动力修改的矩阵摄动迭代法

5.4 机械结构灵敏度分析实例

5.5 转子系统的灵敏度分析实例

5.5.1 无故障转子系统的灵敏度分析

5.5.2 碰摩转子系统的灵敏度分析

参考文献

第6章 非线性振动系统的解析分析

6.1 引言

6.2 单自由度弱非线性自治系统的渐近法

6.3 单自由度非自治非线性系统的渐近法

6.3.1 非共振情况

6.3.2 共振情况

6.3.3 简谐力作用的情况

6.4 多自由度弱非线性系统的渐近法

6.5 慢变参数非线性振动系统的渐近法

6.5.1 慢变参数非线性自治系统

6.5.2 慢变参数非线性非自治系统

6.6 非线性振动系统的解析分析实例

参考文献

第7章 非线性振动系统的周期运动及其稳定性

7.1 引言

7.2 非线性振动系统周期运动的求解方法

7.2.1 求解周期运动的Newton迭代法

7.2.2 确定Newton迭代初始值的延拓法

7.3 非线性振动系统周期运动的Floquet稳定性理论

7.3.1 Floquet稳定性理论简介

7.3.2 数值算例

7.4 碰摩转子系统的周期运动稳定性分析实例

7.4.1 碰摩转子系统运动微分方程的建立

7.4.2 周期运动的稳定性分析方法

7.4.3 分析结果

参考文献

第8章 分岔与混沌

8.1 概述

8.2 分岔理论

8.2.1 分岔的基本概念

8.2.2 一维系统平衡点的静态分岔

8.2.3 高维系统平衡点的静态分岔

8.2.4 平衡点的动态分岔

8.3 含滞回环节的非线性振动系统的分岔分析实例

8.4 混沌理论

8.4.1 混沌的Li-Yorke定义

8.4.2 混沌分析的定性方法

8.5 几个经典的混沌系统实例

参考文献

第9章 非线性参数估计

9.1 Lyapunov指数

9.2 分形维数

9.3 非线性预测

9.4 代替数据法

9.5 近似熵

9.6 复杂度

参考文献2100433B

本书针对典型机械结构和设备所对应的机械振动系统，详细介绍了进行动态分析与动态设计所需要的主要理论与方法。包括经典振动与模态分析理论、减振理论与动力修改方法、非线性振动以及非线性系统的现代分析方法等方面的内容。首先介绍了机械振动的基本原理、机械结构计算模态和实验模态分析方法，其次分别叙述了机械系统减振理论及减振设计、机械结构动力修改的原理与方法，最后分别介绍了非线性振动的经典解析理论和非线性振动周期运动稳定性理论，以及分岔与混沌、非线性参数估计等现代非线性理论和方法的有关内容。本书还给出了多个实例，附有必要的计算程序。

传统的动态精度理论将测量系统看作是一个固定不变的、具有确定传输关系的系统，而系统的传输特性，则常用一个传递函数来逼近。

此方法未充分考虑外界干扰对测量过程的影响，包括对输入信号、测量系统以及对输出信号的影响。而且，干扰信号是时间的函数，即它也具有动态性和时变性，传统的传递函数显然没有反映外界干扰因素的影响，使动态测量精度难以提高。

此外，使用传递函数来逼近动态测量系统的动态特性，没有充分考虑到动态测量所具有的四个特征，尤其是没有考虑到动态测量的时变性。任何测量系统都是一个由许多独立的单元以复杂的形式组合而成的复合系统，且各单元的动态特性及其随时间的变化规律也不尽相同。传统的分析方法，未考虑系统的具体结构，缺乏对系统内部因素的认识，忽略了系统组成复杂性和各单元动态特性的时变性因而无法预知系统时变性和不确定性的原因，这不可避免的会导致测量结果存在误差，从而使动态测量无法达到理想的精度。

达到指导设备工程师对设备运行的状态“心中有数”,做到故障提前发现、及时维修,“防患于未然”。最大程度上提高了设备运行的可靠性,给企业带来了极大的经济效益和社会效益的目的。

机械振动监测系统是主要集传感技术、采集技术、计算机技术为一体的测震系统，实现了对机械运行情况远程实时监测、故障诊断、微振测试等；被广泛用于桥梁动态测试、机械振动分析，4通道全并行采集，24位高精度模数转换器，最高50KSPS高速采样，大于100dB的高动态范围，标准以太网接口，传输距离无限扩展等诸多优点，支持Windows 95/98/NT/2000/XP/win7操作系统，项目管理式设计界面，科学的数据文件管理方式，模块化功能设计。

对于复杂机械振动系统，多振动源通过耦合动力传递路径对其进行激励，各路径对振动响应的贡献度、路径之间的传递耦合性以及路径传递的随机特性直接决定着接受体响应的动态特性，综合构成系统路径的传递性。研究振动路径的传递性, 并以此对系统传递路径进行动态优化设计，优化振动系统的动态响应特性，提高振动系统的高效性和经济性，对多体振动机械系统的设计、应用具有重要的理论及实际工程应用价值。本项目拟建立具有多维耦合路径的振动传递路径系统动力学模型，从振源、传递路径和接受结构之间的交互作用方面对振动传递路径的传递性进行研究。提出有效的评价方法，定量分析系统各传递路径及路径参数对系统接受体动态输出特性的贡献度；根据振动传递路径的随机性，研究参数随机变化使系统产生共振失效的传递可靠性问题；探讨多路径多参数耦合变化对系统动态响应的影响指数，揭示各传递路径之间的耦合特性，为机械振动系统的动力学优化设计提供理论依据。