機械振動理論與應用（第二版）

目錄
第二版前言
第一版前言
第一篇 基礎理論篇
第1章 緒論 3
1.1 系統(tǒng)與機械系統(tǒng) 3
1.1.1 系統(tǒng) 3
1.1.2 機械系統(tǒng) 4
1.1.3 系統(tǒng)組成 4
1.2 材料變形與動力學分類 5
1.2.1 動態(tài)系統(tǒng)問題的類型 5
1.2.2 材料的變形和斷裂 5
1.2.3 動力學分類 6
1.3 系統(tǒng)模型與振動分類 6
1.3.1 力學模型與數(shù)學模型 6
1.3.2 振動及其分類 7
1.3.3 振動問題的求解步驟 8
1.4 系統(tǒng)模型分類與處理方法 9
1.4.1 系統(tǒng)模型分類 9
1.4.2 離散系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng) 9
1.4.3 線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng) 10
1.4.4 確定性系統(tǒng)與隨機性系統(tǒng) 11
1.4.5 無阻尼系統(tǒng)與有阻尼系統(tǒng) 12
1.4.6 定常系統(tǒng)與參變系統(tǒng) 13
1.5 機械振動的理論體系與研究內容 14
1.5.1 機械振動的研究意義 14
1.5.2 機械振動的理論體系 15
1.5.3 機械振動的研究內容 15
思考題 18
第2章 振動問題的力學基礎 19
2.1 自由度與廣義坐標 19
2.1.1 自由度 19
2.1.2 廣義坐標 21
2.2 虛位移原理與廣義力 23
2.2.1 功與能 23
2.2.2 虛位移 24
2.2.3 理想約束 25
2.2.4 虛位移原理 26
2.2.5 廣義力 26
2.3 影響系數(shù)、系統(tǒng)機械能與互易定理 28
2.3.1 影響系數(shù) 28
2.3.2 勢能及其線性化 30
2.3.3 動能的廣義坐標表達式及其線性化 33
2.3.4 互易定理 34
2.4 建立振動方程的原理與常用方法 35
2.4.1 達朗貝爾原理 35
2.4.2 動力學普遍方程 37
2.4.3 拉格朗日方程 37
2.4.4 哈密頓方程 40
思考題 43
習題 43
第3章 單自由度系統(tǒng)的振動 46
3.1 振動系統(tǒng)模型及其簡化 46
3.1.1 單自由度系統(tǒng)的基本模型 46
3.1.2 單自由度系統(tǒng)模型的簡化 47
3.2 單自由度系統(tǒng)的自由振動 48
3.2.1 單自由度線性系統(tǒng)的運動微分方程及其系統(tǒng)特性 48
3.2.2 振動系統(tǒng)的線性化處理 50
3.2.3 單自由度無阻尼系統(tǒng)的自由振動 51
3.2.4 自然頻率的計算方法 63
3.2.5 有阻尼系統(tǒng)的自由振動 66
3.3 諧波激勵下的強迫振動 71
3.3.1 諧波激勵下系統(tǒng)振動的求解方法 71
3.3.2 諧波激勵下的無阻尼強迫振動 74
3.3.3 諧波激勵下的有阻尼強迫振動 79
3.4 周期性激勵下的強迫振動 85
3.4.1 傅里葉級數(shù)分析法 85
3.4.2 周期性激勵下的穩(wěn)態(tài)強迫振動 87
3.5 任意激勵下的強迫振動 88
3.5.1 脈沖響應法與時域分析 88
3.5.2 傅里葉變換法與頻域分析 93
3.5.3 拉普拉斯變換法 95
思考題 98
習題 98
第4章 兩自由度系統(tǒng)的振動 110
4.1 引言 110
4.2 兩自由度系統(tǒng)的自由振動 111
4.2.1 兩自由度振動系統(tǒng)的運動微分方程 111
4.2.2 無阻尼系統(tǒng)的自由振動與自然模態(tài) 112
4.3 坐標親合與自然坐標 120
4.3.1 坐標耦合 120
4.3.2 自然坐標 123
4.4 兩自由度系統(tǒng)振動的拍擊現(xiàn)象 125
4.5 兩自由度系統(tǒng)在諧波激勵下的強迫振動 128
4.5.1 無阻尼系統(tǒng)的強迫振動 128
4.5.2 有阻尼系統(tǒng)的強迫振動 131
思考題 134
習題 134
第5章 多自由度系統(tǒng)的振動 145
5.1 引言 145
5.2 多自由度系統(tǒng)的振動微分方程 146
5.2.1 用牛頓運動定律或定軸轉動方程建立運動方程 146
5.2.2 用拉格朗日方程建立運動微分方程 148
5.2.3 用剛度影響系數(shù)法建立運動微分方程 149
5.2.4 用柔度影響系數(shù)法建立運動微分方程 153
5.3 線性變換與坐標親合 155
5.4 多自由度系統(tǒng)的自由振動 156
5.4.1 無阻尼自由振動與特征值問題 156
5.4.2 模態(tài)向量的正交性與正規(guī)性 159
5.4.3 模態(tài)矩陣與正則矩陣 161
5.4.4 自然坐標與正則坐標、微分方程解耦 163
5.4.5 多自由度系統(tǒng)對初始激勵的響應 164
5.4.6 系統(tǒng)矩陣與動力矩陣 167
5.4.7 有阻尼多自由度系統(tǒng)的自由振動 169
5.5 多自由度系統(tǒng)的強迫振動 171
5.5.1 無阻尼系統(tǒng)的強迫振動 171
5.5.2 有阻尼系統(tǒng)的強迫振動 172
思考題 176
習題 176
第二篇 應用篇
第6章 機械振動系統(tǒng)利用工程 185
6.1 機械振動系統(tǒng)利用工程概述 185
6.1.1 振動利用的途徑 185
6.1.2 振動利用的分類 185
6.2 材料和結構參數(shù)的確定 187
6.2.1 轉動慣量的確定 187
6.2.2 摩擦系數(shù)的確定 190
6.2.3 動載荷系數(shù)的確定 191
6.2.4 軸的臨界轉速的確定 193
6.3 振動機械的工作原理與構造 195
6.3.1 振動機械的分類與用途 195
6.3.2 慣性振動機械的工作原理與構造 197
6.3.3 彈性連桿式振動機械的工作原理與構造 210
6.3.4 電磁式振動機械的工作原理與構造 212
6.3.5 液壓式振動機械的工作原理與構造 215
6.4 非共振型振動機械 217
6.4.1 平面運動單軸慣性式非共振型振動機械 217
6.4.2 空間運動單軸慣性式非共振型振動機械 221
6.4.3 雙軸慣性式非共振型振動機械 224
6.5 近共振型振動機械 228
6.5.1 慣性式近共振型振動機械 228
6.5.2 連桿式近共振型振動機械 232
6.5.3 電磁式近共振型振動機械 237
思考題 240
習題 240
第7章 機械振動系統(tǒng)防治工程 242
7.1 機械振動系統(tǒng)防治工程概述 242
7.1.1 振動防治的途徑 242
7.1.2 振動防治的分類 242
7.2 隔振原理及其應用 242
7.2.1 隔振原理 243
7.2.2 隔振器的設計 248
7.2.3 沖擊隔離 251
7.3 減振原理及其應用 253
7.3.1 動力減振器 254
7.3.2 變速減振器 258
7.3.3 阻尼減振器 261
7.3.4 摩擦減振器 262
7.3.5 沖擊減振器 264
7.4 撓性轉子的振動與平衡 265
7.4.1 轉子在不平衡力作用下的振動 266
7.4.2 單圓盤撓性轉子的振動 269
7.4.3 多圓盤撓性轉子的振動 273
7.4.4 撓性轉子的平衡原理 278
7.4.5 撓性轉子的平衡方法 280
7.5 發(fā)動機的振動與減振 285
7.5.1 發(fā)動機位形描述 285
7.5.2 發(fā)動機的自然頻率 286
7.5.3 發(fā)動機的臨界轉速 289
7.5.4 發(fā)動機的共振避免 290
7.5.5 發(fā)動機的耦合度縮減 291
思考題 292
習題 292
第8章 振動系統(tǒng)的測試、辨識與分析 294
8.1 振動系統(tǒng)的測試 294
8.1.1 振動測量的力學原理 294
8.1.2 振動測試傳感器與測振儀器設備 297
8.1.3 激振設備與激振方法 299
8.1.4 振動測試系統(tǒng) 302
8.2 振動系統(tǒng)的辨識 307
8.2.1 模態(tài)參數(shù)識別 307
8.2.2 物理參數(shù)識別與修改 311
8.3 振動與故障診斷 318
8.3.1 機械故障診斷概述 318
8.3.2 齒輪故障產生機理及其診斷方法 321
8.1 凸輪機構的振動分析與控制 322
8.1.1 凸輪機構的振動模型 323
8.1.2 凸輪機構的振動分析 325
8.5 機械傳動系統(tǒng)的振動分析 329
8.5.1 汽車起重機傳動系統(tǒng)的振動分析 329
8.5.2 汽輪機-壓氣機喘振分析 332
8.5.3 軋鋼機的沖擊現(xiàn)象 333
8.5.1 橋式起重機起升機構振動分析 336
思考題 339
習題 339
第三篇 深化理論篇
第9章 多自由度系統(tǒng)振動的分析方法 343
9.1 引言 343
9.2 估算多自由度系統(tǒng)自然頻率與模態(tài)向量的常用方法 343
9.2.1 瑞利商 343
9.2.2 跡法 346
9.2.3 里茨法 348
9.3 子系統(tǒng)綜合法 352
9.3.1 傳遞矩陣法 352
9.3.2 機械阻抗法 355
9.4 求解特征值問題的方法 366
9.4.1 實對稱正定方陣的楚列斯基三角分解法 367
9.4.2 矩陣迭代法 367
9.4.3 子空間迭代法 371
9.5 求解線性系統(tǒng)響應的方法 373
思考題 378
習題 378
第10章 連續(xù)系統(tǒng)的振動 382
10.1 引言 382
10.2 連續(xù)系統(tǒng)的自由振動 382
10.2.1 弦的橫向振動 382
10.2.2 桿的縱向振動 386
10.2.3 軸的扭轉振動 388
10.2.4 弦、桿、軸振動方程的相似性 389
10.2.5 梁的彎曲振動 389
10.3 邊界條件和自然模態(tài) 392
10.3.1 桿的邊界條件、自然頻率和振型 392
10.3.2 梁的邊界條件、自然頻率和振型 395
10.4 系統(tǒng)對于激勵的響應 396
10.4.1 系統(tǒng)對于初始激勵的響應 396
10.4.2 系統(tǒng)對于過程激勵的響應 399
10.4.3 剪切變形和轉動慣量的影響 400
10.5 連續(xù)系統(tǒng)的強迫振動 402
10.5.1 弦的橫向強迫振動 402
10.5.2 桿的縱向強迫振動 403
10.5.3 軸的扭轉強迫振動 405
10.5.4 梁的橫向強迫振動 405
思考題 409
習題 410
第11章 隨機激勵下的振動 413
11.1 引言 413
11.2 隨機過程的基本概念 413
11.2.1 隨機過程 413
11.2.2 隨機過程的統(tǒng)計參數(shù) 414
11.2.3 平穩(wěn)隨機過程和各態(tài)歷經隨機過程 417
11.2.4 幾種典型的隨機過程 418
11.3 隨機過程的描述 420
11.3.1 隨機過程的幅域描述 421
11.3.2 隨機過程的時域描述 422
11.3.3 隨機過程的頻域描述 423
11.4 單自由度系統(tǒng)的隨機響應 429
11.4.1 單自由度系統(tǒng)振動響應