東北大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械振動理論及應(yīng)用課程

東北大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械振動理論及應(yīng)用課程目錄CONTENCT課程介紹機(jī)械振動基本概念與理論機(jī)械系統(tǒng)建模與分析方法機(jī)械振動測量技術(shù)與應(yīng)用機(jī)械結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性與優(yōu)化機(jī)械振動控制策略及實現(xiàn)途徑課程總結(jié)與展望01課程介紹培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械振動基本理論和分析方法，為解決工程實際問題提供理論支撐。提高學(xué)生運用振動理論分析和解決工程實際問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力。使學(xué)生了解機(jī)械振動領(lǐng)域的最新研究成果和發(fā)展趨勢，拓寬學(xué)術(shù)視野。課程背景與目的振動基本概念及振動系統(tǒng)建模非線性振動理論振動的測量與實驗振動的控制與應(yīng)用線性振動理論振動分析方法介紹振動的定義、分類、振動系統(tǒng)的建模方法等。講解振動方程的求解方法，包括解析法和數(shù)值法，以及振動特性的分析方法。闡述單自由度系統(tǒng)和多自由度系統(tǒng)的線性振動理論，包括自由振動、受迫振動和共振等。介紹非線性振動的基本概念、分析方法及典型非線性振動系統(tǒng)的特性。講解振動的測量方法、實驗原理及實驗技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生實驗技能。闡述振動的控制方法、應(yīng)用實例及振動理論在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。課程內(nèi)容與安排01020304課堂表現(xiàn)作業(yè)完成情況期末考試實驗報告考核方式及標(biāo)準(zhǔn)采用閉卷考試形式，重點考察學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握程度和應(yīng)用能力。根據(jù)學(xué)生提交的作業(yè)質(zhì)量、完成度等進(jìn)行評分。根據(jù)學(xué)生課堂參與度、討論貢獻(xiàn)等進(jìn)行評分。要求學(xué)生提交實驗報告，根據(jù)實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論等進(jìn)行評分。02機(jī)械振動基本概念與理論物體或系統(tǒng)在平衡位置附近的往復(fù)運動。根據(jù)振動性質(zhì)可分為自由振動、受迫振動和自激振動；根據(jù)振動形式可分為簡諧振動、阻尼振動和復(fù)雜振動等。機(jī)械振動定義及分類機(jī)械振動的分類機(jī)械振動的定義簡諧振動的定義物體在平衡位置附近做周期性往復(fù)運動，且回復(fù)力與位移成正比，方向相反的振動。簡諧振動的特性周期性、對稱性、能量守恒等。簡諧振動的表示方法旋轉(zhuǎn)矢量法、復(fù)數(shù)表示法等。簡諧振動特性分析阻尼振動的定義根據(jù)阻尼大小可分為弱阻尼、臨界阻尼和強阻尼。阻尼振動的分類受迫振動的定義受迫振動的特性01020403振動頻率等于外力頻率，振幅與外力大小及物體固有頻率有關(guān)。物體在振動過程中受到阻力作用，振幅逐漸減小的振動。物體在周期性外力作用下產(chǎn)生的振動。阻尼振動與受迫振動振動合成的定義振動合成的原理振動分解的定義振動分解的原理振動合成與分解原理兩個或多個振動的疊加。將復(fù)雜振動分解為多個簡單振動的疊加。根據(jù)疊加原理，將多個振動在同一坐標(biāo)系下表示，然后進(jìn)行矢量合成。根據(jù)傅里葉變換原理，將復(fù)雜振動分解為多個不同頻率的簡諧振動的疊加。03機(jī)械系統(tǒng)建模與分析方法單自由度系統(tǒng)建模詳細(xì)闡述單自由度系統(tǒng)的建模方法，包括運動方程的建立、固有頻率和阻尼比的求解等。多自由度系統(tǒng)建模將單自由度系統(tǒng)建模方法擴(kuò)展到多自由度系統(tǒng)，介紹多自由度系統(tǒng)的運動方程、模態(tài)分析和振動響應(yīng)求解方法。質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)基本概念介紹質(zhì)量、彈簧和阻尼器在振動系統(tǒng)中的作用及其物理意義。質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)建模80%80%100%多自由度系統(tǒng)建模與求解介紹多自由度系統(tǒng)的定義、分類和特點，以及其在工程中的應(yīng)用。詳細(xì)闡述多自由度系統(tǒng)的建模方法，包括剛度法、柔度法、影響系數(shù)法等，以及各種方法之間的比較和選用原則。介紹多自由度系統(tǒng)振動響應(yīng)的求解方法，如振型疊加法、直接積分法等，并分析各種方法的適用性和優(yōu)缺點。多自由度系統(tǒng)基本概念建模方法求解方法連續(xù)體振動基本概念建模方法分析方法連續(xù)體振動建模及分析詳細(xì)闡述連續(xù)體振動的建模方法，包括偏微分方程法、有限元法、有限差分法等，以及各種方法之間的比較和選用原則。介紹連續(xù)體振動響應(yīng)的分析方法，如模態(tài)分析法、傳遞函數(shù)法等，并分析各種方法的適用性和優(yōu)缺點。介紹連續(xù)體振動的定義、分類和特點，以及其在工程中的應(yīng)用。非線性因素闡述引起系統(tǒng)非線性的因素，如間隙、干摩擦、結(jié)構(gòu)非線性等，并分析這些因素對系統(tǒng)振動響應(yīng)的影響。分析方法簡要介紹非線性振動系統(tǒng)的分析方法，如相平面法、平均法、多尺度法等，并分析各種方法的適用性和優(yōu)缺點。非線性振動基本概念介紹非線性振動的定義、分類和特點，以及其在工程中的應(yīng)用。非線性振動系統(tǒng)簡介04機(jī)械振動測量技術(shù)與應(yīng)用電渦流傳感器壓電式加速度傳感器激光測振儀選擇原則傳感器類型及選擇原則利用電渦流效應(yīng)測量位移、振動等參數(shù)，具有高靈敏度、寬頻帶等優(yōu)點。利用壓電效應(yīng)將振動加速度轉(zhuǎn)換為電信號，具有體積小、重量輕、頻響寬等特點。利用激光干涉原理測量振動位移，具有非接觸、高精度、高靈敏度等優(yōu)點。根據(jù)測量對象、測量環(huán)境、測量精度等要求，選擇合適的傳感器類型。將傳感器輸出的微弱信號放大到合適的幅度，以便于后續(xù)處理。放大電路濾除信號中的噪聲和干擾成分，提高信噪比。濾波電路將信號整形為適合數(shù)據(jù)采集的形狀，如將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。整形電路防止信號調(diào)理電路對傳感器和后續(xù)電路產(chǎn)生干擾。隔離電路信號調(diào)理電路設(shè)計要點通過數(shù)據(jù)采集卡或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將經(jīng)過調(diào)理的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進(jìn)行存儲。數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)預(yù)處理特征提取數(shù)據(jù)分析對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、平滑等預(yù)處理操作，以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。從預(yù)處理后的數(shù)據(jù)中提取出反映機(jī)械振動特性的特征參數(shù)，如振幅、頻率、相位等。對提取的特征參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析、時頻分析、模態(tài)分析等，以揭示機(jī)械振動的內(nèi)在規(guī)律和故障特征。數(shù)據(jù)采集與處理方法典型應(yīng)用案例分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動監(jiān)測與故障診斷利用電渦流傳感器和壓電式加速度傳感器監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動情況，通過數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)故障診斷和預(yù)警。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測利用激光測振儀等高精度傳感器監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的微小振動，評估橋梁的安全性和穩(wěn)定性。精密加工設(shè)備振動控制通過實時監(jiān)測精密加工設(shè)備的振動情況，調(diào)整加工參數(shù)或采取主動控制措施，提高加工精度和效率。車輛振動性能測試與優(yōu)化在車輛研發(fā)過程中，利用機(jī)械振動測量技術(shù)對車輛進(jìn)行振動性能測試和分析，為車輛結(jié)構(gòu)優(yōu)化和減振設(shè)計提供依據(jù)。05機(jī)械結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性與優(yōu)化固有頻率和振型通過試驗或計算分析確定結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，了解結(jié)構(gòu)在不同頻率下的振動響應(yīng)。阻尼比和阻尼矩陣識別結(jié)構(gòu)的阻尼比和阻尼矩陣，以描述結(jié)構(gòu)在振動過程中的能量耗散特性。剛度矩陣和質(zhì)量矩陣通過識別剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，了解結(jié)構(gòu)在受力作用下的變形和加速度響應(yīng)。結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性參數(shù)識別030201拓?fù)鋬?yōu)化通過改變結(jié)構(gòu)的拓?fù)錁?gòu)型，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)剛度、強度和穩(wěn)定性的提升，同時降低結(jié)構(gòu)重量。形狀優(yōu)化調(diào)整結(jié)構(gòu)的幾何形狀，以改善結(jié)構(gòu)的動力學(xué)性能，如提高固有頻率、降低振動幅值等。尺寸優(yōu)化在保持結(jié)構(gòu)拓?fù)浜托螤畈蛔兊那疤嵯?，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸實現(xiàn)性能的優(yōu)化。結(jié)構(gòu)動力學(xué)性能優(yōu)化方法模態(tài)分析技術(shù)在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中應(yīng)用考慮結(jié)構(gòu)動力學(xué)性能與其他性能（如靜力學(xué)性能、疲勞壽命等）之間的平衡，采用多目標(biāo)優(yōu)化方法實現(xiàn)綜合性能的提升。多目標(biāo)優(yōu)化利用模態(tài)截斷技術(shù)保留對結(jié)構(gòu)響應(yīng)貢獻(xiàn)較大的模態(tài)，降低計算規(guī)模；同時，通過模態(tài)擴(kuò)展技術(shù)考慮被截斷模態(tài)的影響，提高計算精度。模態(tài)截斷與擴(kuò)展基于模態(tài)分析技術(shù)進(jìn)行靈敏度分析，識別影響結(jié)構(gòu)動力學(xué)性能的關(guān)鍵因素，進(jìn)而指導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的實施。靈敏度分析與優(yōu)化航空航天器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計針對航空航天器輕質(zhì)化、高剛度、高穩(wěn)定性的要求，利用結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性參數(shù)識別和性能優(yōu)化方法進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)。汽車車身結(jié)構(gòu)減振降噪設(shè)計通過識別車身結(jié)構(gòu)的振動噪聲源和傳播路徑，采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法降低車身振動和噪聲水平，提高乘坐舒適性。大型機(jī)械設(shè)備抗地震設(shè)計針對大型機(jī)械設(shè)備在地震作用下的安全性問題，利用模態(tài)分析技術(shù)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法提高設(shè)備的抗震性能。010203典型案例分析06機(jī)械振動控制策略及實現(xiàn)途徑通過向系統(tǒng)提供反向振動，與系統(tǒng)原有振動相抵消，達(dá)到減振目的。主動控制策略原理采用作動器（如電磁作動器、壓電作動器等）產(chǎn)生反向振動，通過控制系統(tǒng)對作動器進(jìn)行精確控制。實現(xiàn)方法適應(yīng)性強，可對不同頻率、幅值和相位的振動進(jìn)行有效控制。優(yōu)點需要外部能源驅(qū)動，且控制系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高。缺點主動控制策略原理及實現(xiàn)方法被動控制策略原理通過改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或增加阻尼材料等方式，消耗或抑制系統(tǒng)振動能量。實現(xiàn)方法采用阻尼材料、隔震支座、動力吸振器等裝置，實現(xiàn)對系統(tǒng)振動的被動控制。優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，不需要外部能源驅(qū)動，成本較低。缺點對特定頻率的振動效果較好，對寬頻帶振動的控制效果有限。被動控制策略原理及實現(xiàn)方法ABCD混合控制策略原理及實現(xiàn)方法混合控制策略原理結(jié)合主動和被動控制策略的優(yōu)點，同時采用兩種控制策略對系統(tǒng)振動進(jìn)行控制。優(yōu)點兼具主動和被動控制策略的優(yōu)點，可實現(xiàn)對寬頻帶振動的有效控制。實現(xiàn)方法在被動控制的基礎(chǔ)上，增加主動控制作動器和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對系統(tǒng)振動的混合控制。缺點結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，需要外部能源驅(qū)動，成本較高。案例一案例二案例三高層建筑風(fēng)振控制。采用混合控制策略，在建筑物頂部設(shè)置主動控制作動器和被動阻尼器，實現(xiàn)對建筑物風(fēng)振的有效控制。橋梁結(jié)構(gòu)振動控制。采用主動控制策略，在橋梁關(guān)鍵部位設(shè)置電磁作動器，通過控制系統(tǒng)對橋梁結(jié)構(gòu)振動進(jìn)行主動抑制。精密機(jī)床振動控制。采用被動控制策略，在機(jī)床床身和關(guān)鍵部件上采用阻尼材料和隔震支座等裝置，實現(xiàn)對機(jī)床振動的有效抑制。典型案例分析07課程總結(jié)與展望振動系統(tǒng)建模介紹了如何建立振動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，包括質(zhì)量、剛度、阻尼等要素。振動控制策略介紹了振動控制的原理和方法，包括主動控制、被動控制等，以及實際應(yīng)用案例。振動分析方法詳細(xì)講解了振動分析的常用方法，如時域分析、頻域分析等，以及相應(yīng)的數(shù)學(xué)工具。機(jī)械振動基本概念包括振動的定義、分類、基本參量等，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。課程重點內(nèi)容回顧123通過課程學(xué)習(xí)，我對機(jī)械振動的基本概念、分析方法等有了深入的理解，能夠運用所學(xué)知識解決實際問題。知識掌握程度通過課程實驗和案例分析，我提高了自己的實踐能力和問題解決能力，對振動分析方法和控制策略有了更深刻的認(rèn)識。實踐能力提升在學(xué)習(xí)過程中，我積極與同學(xué)交流討論，分享學(xué)習(xí)心得和體會，不斷改進(jìn)自己的學(xué)習(xí)方法，提高了學(xué)習(xí)效率。學(xué)習(xí)方法改進(jìn)學(xué)生自我評價報告分享智能化振動控制隨