《機械振動》課程教學大綱

《機械振動》教學大綱一、課程基本信息課程名稱機械振動MechanicalVibration課程編碼PLC310521020開課院部儲運與建筑工程學院課程團隊機械振動教學團隊學分2.0課內學時32講授32實驗0上機0實踐0課外學時32適用專業(yè)安全工程授課語言中文先修課程程序設計（C）、高等數(shù)學（2-1）、高等數(shù)學（2-2）、工程力學、線性代數(shù)課程簡介（限選）課程為選修課，主要學習離散系統(tǒng)和簡單連續(xù)系統(tǒng)的線性、定則振動理論。目標在于掌握機械振動有關基本概念、原理、方法和分析解決工程實際機械振動問題的基本技能，為有關科研和工程設計奠定必要的理論基礎。課程知識對疲勞強度、壽命預測、結構動力計算以及其他有關專業(yè)課學習或畢業(yè)設計有所幫助。振動力學知識是機械工程師、結構工程師，以及從事構件設計和改造的工程技術人員必備的基本知識。要求學生對離散振動系統(tǒng)的形成有較深刻的認識，掌握機械振動的基本概念、離散振動系統(tǒng)振動方程的建立和固有頻率、振型向量、響應的分析求解，熟悉課程涉及的有關工程應用。同時對彈性體的線性定則振動的基本理論與分析求解方法有所了解。Thecourseisanelectivecourse,whichmainlystudiesthelinearandregularvibrationtheoryofdiscretesystemsandsimplecontinuoussystems.Thegoalistomasterthebasicconcepts,principlesandmethodsofMechanicalvibrationandtoanalyzeandsolvethebasicskillsofpracticalmechanicalvibrationproblemsinengineering,soastolayanecessarytheoreticalfoundationforrelevantscientificresearchandengineeringdesign.Courseknowledgeishelpfulforfatiguestrength,lifeprediction,structuraldynamiccalculationandotherrelevantspecializedcoursesorgraduationdesign.Knowledgeofvibrationmechanicsisabasicknowledgenecessaryformechanicalengineers,structuralengineers,andengineersandtechniciansengagedincomponentdesignandtransformation.Studentsarerequiredtohaveaprofoundunderstandingoftheformationofdiscretevibrationsystems,masterthebasicconceptsofmechanicalvibration,theestablishmentofvibrationequationsofdiscretevibrationsystems,naturalfrequencies,vibrationmodevectors,analysisandsolutionofresponse,familiarwithrelevantengineeringapplicationsinvolvedinthecourse.Atthesametime,thebasictheoryandanalyticalsolutionmethodoflinearregularvibrationofelastomerareunderstood.負責人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務自選1M1目標1：掌握振動的基本概念、理論和分析方法，能綜合運用這些概念、理論和分析方法解決工程實際振動問題。是1.2,2.11.2,2.12M2目標2：掌握一定的數(shù)值計算方法，運用計算機數(shù)值計算手段解決工程實際振動問題。是三、課程內容序號章節(jié)號標題課程內容/重難點支撐課程目標課內學時教學方式課外學時課外環(huán)節(jié)1第一章緒論本章的重點難點：機械振動的研究對象,研究內容，振動系統(tǒng)模型,激勵與響應,振動系統(tǒng)分類。/////21.1緒論機械振動的研究對象和任務,研究內容,研究方法,振動系統(tǒng)模型,質量，彈簧，阻尼器，激勵與響應，自由度，振動系統(tǒng)分類，振動系統(tǒng)選擇。引入橋梁振動的一些工程案例：虎門大橋，塔科馬大橋振動；大作業(yè)題目1：查閱文獻資料、懸索橋振動（虎門大橋振動）調研。大作業(yè)題目2：車輛振動調研。M12講授2文獻調研、大作業(yè)3第二章單自由度系統(tǒng)的自由振動本章重點難點：自由振動系統(tǒng)、特點、分析方法、意義，固有頻率的確定，阻尼的影響。/////42.1無阻尼自由振動力學模型，數(shù)學模型，簡諧振動，振幅，初始條件表示的解，測量法確定固有頻率，周期和頻率，彈簧剛度系數(shù)，等效剛度，振動分析的能量法，瑞利法，等效質量。M12講授2作業(yè)52.2有阻尼自由振動粘性阻尼，力學模型，數(shù)學模型，阻尼比，固有頻率及其確定方法，自由振體運動，衰減自由振動，初始條件表示的解，衰減固有頻率，衰減頻率，衰減周期，相位與初相位，偽振幅，減幅系數(shù)與對數(shù)減幅系數(shù)，阻尼比的意義。M12講授、討論2作業(yè)6第三章單自由度系統(tǒng)的強迫振動本章重點難點：簡諧激勵下強迫振動、任意周期激勵及任意激勵下振動特點、分析方法，幅頻特性和相頻特性，共振，主動隔振，被動隔振，測振儀表，轉軸的臨界轉速。/////73.1簡諧激勵下強迫振動無阻尼強迫振動，力學模型，數(shù)學模型，初始條件表示的解，幅頻特性和相頻特性，共振，共振頻率。有阻尼強迫振動，力學模型，數(shù)學模型，瞬(暫)態(tài)振動，穩(wěn)態(tài)振動，初始條件表示的解，幅頻特性和相頻特性，共振，共振頻率，共振振幅。*復變函數(shù)法求解振動響應。M12講授2作業(yè)83.2工程問題應用偏心轉子引起的強迫振動，*平面運動構件引起的強迫振動，支座激勵下的強迫振動，減振隔振，主動隔振，被動隔振，測振儀表，*等效粘性阻尼。M12講授、討論2作業(yè)93.3任意周期激振力下的強迫振動思路方法，F(xiàn)ourier級數(shù)，周期激擾力下的強迫振動，基波，高次諧波，頻譜圖。轉軸的臨界轉速。M12講授2作業(yè)10第四章單自由度系統(tǒng)的瞬態(tài)振動本章重點難點：任意激勵下振動特點、分析方法及其應用。/////114.1振動系統(tǒng)對沖量的響應碰撞沖量（脈沖），沖量表示的初始條件，沖量下的響應，剩余振動。M11講授1作業(yè)124.2振動系統(tǒng)對任意激擾的響應振動系統(tǒng)對任意激勵的響應，卷積（Duhamels）積分法：考慮初始條件振系的總響應。M11講授1作業(yè)134.3工程問題應用任意支座激勵，*響應譜;M11講授1作業(yè)144.4單自由度系統(tǒng)振動響應數(shù)值解方法，算法，應用程序。大作業(yè)題目：編寫任意激勵的響應程序（例如單自由度車輛任意激勵的響應或者其他工程振動問題）M1,M21講授、討論1大作業(yè)15第五章多自由度振動問題的主坐標分析法本章重點難點：振動微分方程的建立方法及其應用，特征值問題的求解，主坐標分析方法應用，動力減振原理、特點、應用;Rayleigh法、Ritz法、子空間迭代法。/////165.1振動微分方程的建立按Newton定律建立振動微分方程組，質量矩陣，剛度矩陣，加速度向量，位移向量，載荷向量；按D’Alembert原理建立方程，動力耦合，靜力耦合；Lagrange方程建立振動方程，微振動方程，用線性動、勢能，線性耗能函數(shù)，阻尼陣矩，速度向量；剛度法和柔度法。M14講授4作業(yè)175.2振動系統(tǒng)的特征值問題二自由度系統(tǒng)的自由振動，特征值問題，特征值，特征矩陣，特征方程，征向量，頻率方程，固有頻率，主振動，振型向量或主振型與振型矩陣，基本振型，振型圖，多自由度系統(tǒng)的自由振動，節(jié)點及振型性質，等（或零）固有頻率情形，位移方程特征值問題。M11講授1作業(yè)185.3振型向量的正交性振型向量的正交性，標準振型向量與標準振型矩陣，主坐標，振動模態(tài)微分方程。M11講授1作業(yè)195.4多自由度系統(tǒng)振動的響應多自由度系統(tǒng)的阻尼，有阻尼振動微分方程的建立，線性阻尼及其解耦，有阻尼系統(tǒng)的強迫振動響應的確定，主坐標分析法，模態(tài)載荷向量，態(tài)初始條，模態(tài)響應。無阻尼系統(tǒng)的強迫振動響應，無阻尼系統(tǒng)的自由振動響應，直接振型疊加法，拍與拍頻M12講授1作業(yè)205.5系統(tǒng)物理參數(shù)和約束對固有頻率的影響物理參數(shù)的影響，約束的影響，排除或避免共振。M10.5講授、討論0.5作業(yè)215.6動力吸振器多自由度振動系統(tǒng)同頻諧和激擾的穩(wěn)態(tài)振動直接求解法，二自由度振動系統(tǒng)共振，共振時振幅比，動力吸振器的原理、設計、特點、適用范圍，*離心擺式吸振器。M10.5講授、討論0.5作業(yè)225.7支承平動的振動響應絕對位移對應的振動微分方程和等效激擾載荷向量，相對位移對應的振動微分方程和等效激擾載荷向量。M10.5講授、討論0.5作業(yè)235.8主坐標分析法小結主坐標分析法的特點，解題步驟。M10.5講授、討論0.5作業(yè)24第六章多自由度振動問題的數(shù)值法重點與難點：Ritz法、子空間迭代法，廣義Jacobi法。/////256.1Reyliegh能量法第一Rayleigh商，第二Rayleigh商，Rayleigh商的特點與應用M10.5講授、討論1作業(yè)266.2Ritz法和子空間迭代法Ritz法與子空間迭代法的思路、步驟、特點M10.5講授、討論1作業(yè)276.3廣義Jacobi法廣義Jacobi法思路，Jacobi矩陣的建立，固有頻率、主振型和標準振型的確定的步驟及收斂準則M10.5講授、討論1作業(yè)286.4數(shù)值求解多自由度振動系統(tǒng)響應的算法多自由度振動系統(tǒng)的數(shù)值解的遞推公式、算法優(yōu)化步驟。M1,M20.5講授、討論1作業(yè)29*第七章彈性體系統(tǒng)振動簡介本章重點難點：桿、弦、軸、梁等簡單彈性體振動系統(tǒng)響應的陣型疊加法/////30*7.1彈性桿梁等的橫向彎曲振動等直桿的縱向振動，弦的橫向振動、軸的扭轉振動振動的數(shù)學模型及近似解法簡介。M12講授、討論2自學、作業(yè)31*7.2振動分析的有限單元法單元體特征分析，形函數(shù)矩陣，應變位移關系矩陣，彈性性矩陣，質量矩陣。坐標轉換，固有頻率和振型。工程案例：橋梁模型進行有限元分析。大作業(yè)題目：橋梁模型進行有限元分析。M1,M22講授2大作業(yè)四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1平時作業(yè)1.每周布置2~3道題目，平均每次課1道題以上。2.成績采用百分制，根據作業(yè)完成準確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3.考核學生對機械振動基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力題型主要有作圖、分析和計算題。15%2大作業(yè)1.本課程要求利用Matlab等現(xiàn)代仿真工具和所學計算分析方法，編程計算分析較復雜的單自由度系統(tǒng)響應和復雜多自由度系統(tǒng)自振特性。2.對計算結果進行優(yōu)化后處理分析和準確性評分。25%3考勤隨機點名、刷卡點名等5%4課堂表現(xiàn)隨機檢查學生上課精神狀態(tài)、回答問題情況5%5期末考試1.選用閉卷、半閉卷、開卷考試形式之一，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學生對振動力學基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有概念題、簡答題、分析計算題等。50%五、評分細則序號課程目標考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時作業(yè)15%A-獨立思考、按時完成，圖示規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準確。B-獨立思考、按時完成，圖示比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準確。C-獨立思考、按時完成，圖示比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準確。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，圖示不規(guī)范，解題思路混亂。2M1期末考試50%（見試卷評分標準）3M1大作業(yè)25%A-利用Matlab等現(xiàn)代仿真工具分析計算正確、完善，系統(tǒng)功能滿足要求,后處理分析基本合理、完善。B-利用Matlab等現(xiàn)代仿真工具分析計算正確、完善，后處理分析基本合理。C-利用Matlab等現(xiàn)代仿真工具分析計算基本正確、完善，后處理分析基本合理。D-利用Matlab等現(xiàn)代仿真工具建分析計算不正確、不完善，后處理分析不合理。4M1考勤5%A-全勤。B-缺勤1次。C-缺勤2-3次。D-缺勤3次以上。5M1課堂表現(xiàn)5%A-精神狀態(tài)飽滿，回答問題準確，積極參與討論。B-精神狀態(tài)良好，回答問題較好，較為積極參與討論。C-精神狀態(tài)一般，回答問題一般，討論問題的積極性一般。D-精神狀態(tài)較差，回答問題有誤，不參加討論。6M2大作業(yè)100%A-利用Matlab等現(xiàn)代仿