振动理论及工程应用0-绪论课件.ppt

1、 工程振动问题是近代物理学和科学技术众多领工程振动问题是近代物理学和科学技术众多领域中的重要课题。随着生产技术的发展，动力结构域中的重要课题。随着生产技术的发展，动力结构有向大型化、高速化、复杂化和轻量化发展的趋势有向大型化、高速化、复杂化和轻量化发展的趋势，由此而带来的工程振动问题更为突出。，由此而带来的工程振动问题更为突出。从广泛的意义上说，如果表征一种运动的物理从广泛的意义上说，如果表征一种运动的物理量作时而增大时而减小的反复变化，就可以称这种量作时而增大时而减小的反复变化，就可以称这种运动为振动。运动为振动。若变化着的物理量是一些机械量或力学量，例若变化着的物理量是一些机械量或力学量，

2、例如物体的位移、速度、加速度、应力及应变等等，如物体的位移、速度、加速度、应力及应变等等，这种振动便称为机械振动。这种振动便称为机械振动。机械振动是一种常见的物理现象机械振动是一种常见的物理现象。例例如如：1、桥梁桥梁及建筑物在风和地震作用下的振动。及建筑物在风和地震作用下的振动。2、机床的振动，钟摆的摆动机床的振动，钟摆的摆动等机械的振动。等机械的振动。3、飞机机翼的颤动飞机机翼的颤动。4、汽车运行时发动机和车体的振动等等。汽车运行时发动机和车体的振动等等。振动的存在会影响机器的正常运转，使机床的加振动的存在会影响机器的正常运转，使机床的加工精度、精密仪器的灵敏度下降，严重的还会引发机器工精

3、度、精密仪器的灵敏度下降，严重的还会引发机器或建筑结构的毁坏；此外，还会引发噪音、污染环境，或建筑结构的毁坏；此外，还会引发噪音、污染环境，这是不利的一面。这是不利的一面。刘习军刘习军工工 程程 振振 动动 与与 测测 试试 人们利用机械振动现象的特征，设计制造了众人们利用机械振动现象的特征，设计制造了众多的机械设备和仪器仪表，如振动筛选机、振动研多的机械设备和仪器仪表，如振动筛选机、振动研磨机、振动输送机、振动打桩机、混凝土振捣器以磨机、振动输送机、振动打桩机、混凝土振捣器以及测量传感器、钟表计时仪器、振子示波器等等。及测量传感器、钟表计时仪器、振子示波器等等。随着机器设备向着大型、高速、高

4、效和自动化随着机器设备向着大型、高速、高效和自动化诸方面发展，需要分析处理的振动问题愈来愈重要诸方面发展，需要分析处理的振动问题愈来愈重要。因此，掌握机械振动的基本理论，正确地运用它。因此，掌握机械振动的基本理论，正确地运用它，对于设计制造安全可靠和性能优良的机器、仪器，对于设计制造安全可靠和性能优良的机器、仪器仪表、建筑结构以及各种交通运输工具，并有效地仪表、建筑结构以及各种交通运输工具，并有效地抑制、防止振动带来的危害是十分必要的。抑制、防止振动带来的危害是十分必要的。工程振动与测试工程振动与测试是机械是机械类、土木类专业类、土木类专业的的技术技术基础课基础课。振动的分类振动的分类按振动方

5、程的形式按振动方程的形式 线性振动线性振动 非线性振动非线性振动 按振动的物理模型按振动的物理模型 离散系统离散系统 弹性体系统弹性体系统 tFsin不同的类型所应用的理论和数学工具不同不同的类型所应用的理论和数学工具不同 线性振动叠加原理成立。对于非线性振动，线线性振动叠加原理成立。对于非线性振动，线性叠加原理不再成立。性叠加原理不再成立。离散系统离散系统应用应用常微分方程常微分方程，连续系统连续系统应用应用偏微偏微分方程。分方程。工程实例一：地震引起的房屋破坏工程实例一：地震引起的房屋破坏地震引起的房屋破坏地震引起的房屋破坏地震引起的房屋破坏地震引起的房屋破坏高层建筑隔振示意图高层建筑隔振

6、示意图工程实例二：大型转子的动平衡问题工程实例二：大型转子的动平衡问题我国某地火力发电厂外景我国某地火力发电厂外景汽轮机转子汽轮机转子发电机转子发电机转子火力发电厂车间的汽轮发电机组火力发电厂车间的汽轮发电机组 由于转子的由于转子的大型化、高速化大型化、高速化，对转子的加，对转子的加工精度、振动的监控等多方面要求非常的高，工精度、振动的监控等多方面要求非常的高，才能保证满足工程上所提的要求，否则，将发才能保证满足工程上所提的要求，否则，将发生生产中的安全事故。生生产中的安全事故。1972年日本海南电厂的一台年日本海南电厂的一台66万千瓦汽万千瓦汽轮发电机组，在试车中因发生异常振动而全机轮发电机

7、组，在试车中因发生异常振动而全机毁坏，长达毁坏，长达51米的主轴断裂飞散，联轴节及汽米的主轴断裂飞散，联轴节及汽轮机叶片竟穿透厂房飞落至百米以外。轮机叶片竟穿透厂房飞落至百米以外。动平衡实验动平衡实验刚性转子模型刚性转子模型测试系统测试系统连线示意图连线示意图动平衡实验动平衡实验杭州杭州湾湾大大桥桥双双向向6 6车车道，全道，全長長3535.673673公里公里工程实例三：由风引起的自激振动工程实例三：由风引起的自激振动美国美国Tacoma桥桥(1940年年)俄伏尔加河大桥俄伏尔加河大桥-振动振动由风引起的自激振动实验由风引起的自激振动实验 斜拉桥实景斜拉桥实景 斜拉索处的阻尼减振器斜拉索处的

8、阻尼减振器高压输电线路高压输电线路大跨径高压输电线路大跨径高压输电线路高压输电线路中的间隔棒高压输电线路中的间隔棒输电线路导线的舞动输电线路导线的舞动舞动是指由水舞动是指由水平方向的风对平方向的风对非对称性截面非对称性截面导线所产生的导线所产生的升力引起的一升力引起的一种低频率（种低频率（013 Hz）、大）、大振幅（可达振幅（可达10多米）的自激多米）的自激振动。振动。输电线路舞动引起的破坏输电线路舞动引起的破坏输电线路舞动引起的破坏输电线路舞动引起的破坏输电线路舞动引起的倒塔破坏输电线路舞动引起的倒塔破坏 输电导线舞动是偏心覆冰导线在风激励下产输电导线舞动是偏心覆冰导线在风激励下产生的一种

9、低频、大幅振动现象，在国外早有报导生的一种低频、大幅振动现象，在国外早有报导，在我国从，在我国从1963年有记载开始，到现在也有几十年有记载开始，到现在也有几十次。架空输电线路导线舞动会对输电线路造成巨次。架空输电线路导线舞动会对输电线路造成巨大的破坏，如：跳闸、闪络、电弧烧伤、导线断大的破坏，如：跳闸、闪络、电弧烧伤、导线断股、断线，金具、绝缘子损坏，倒塔等，给人民股、断线，金具、绝缘子损坏，倒塔等，给人民群众带来重大的生命和经济损失，群众带来重大的生命和经济损失，2009年我国北年我国北方电网又发生大范围舞动现象。方电网又发生大范围舞动现象。钱塘江大桥钱塘江大桥(公路、铁路两用桥公路、铁路

10、两用桥)工程实例四：车桥耦合振动工程实例四：车桥耦合振动“和谐号和谐号”动车组动车组具有舒适度高、轮轨力低、低噪声、低振动等特点具有舒适度高、轮轨力低、低噪声、低振动等特点 动车组转向架动车组转向架普通客车普通客车普通客车转向架普通客车转向架车车桥耦合动力学实验桥耦合动力学实验学生正在进行实验学生正在进行实验车车桥耦合振动系统综合性研究型平台桥耦合振动系统综合性研究型平台 车桥耦合振动实验车桥耦合振动实验第一阶模态第一阶模态第二阶模态第二阶模态中华文物中华文物 龙洗龙洗工程实例五：由摩擦引起的自激振动工程实例五：由摩擦引起的自激振动实验的部分设备实验的部分设备中华文物龙洗现象中华文物龙洗现象学

11、生做实验的情形学生做实验的情形思考题：转经碗的振动机理？思考题：转经碗的振动机理？机床切削颤振得到的切屑机床切削颤振得到的切屑应用：所有两个物体相互运应用：所有两个物体相互运动有摩擦的情况动有摩擦的情况最大的特点是：最大的特点是：(1)每每个个钟钟可可发发出两个声音。出两个声音。(2)延音短延音短，可，可演奏旋律快的乐曲。演奏旋律快的乐曲。工程实例六：中华文物编钟现象工程实例六：中华文物编钟现象编钟编钟的双音现象的双音现象圆形钟圆形钟扁形钟扁形钟(双音钟双音钟)（组成乐器后故常称为编钟）（组成乐器后故常称为编钟）振型振型天津大学的编钟天津大学的编钟(仿制品仿制品)实验模型实验模型一一、计算方法

12、计算方法 建立理论模型的运动微分方程组，通过求解得到建立理论模型的运动微分方程组，通过求解得到动力系统的响应，从而达到解决振动问题的目的。动力系统的响应，从而达到解决振动问题的目的。解决工程振动问题解决工程振动问题的的两种方法两种方法二、二、实验方法实验方法 采用某种激励的方法使系统产生一定的振动响应采用某种激励的方法使系统产生一定的振动响应，或通过现场实测，利用有关仪器、设备直接得到系，或通过现场实测，利用有关仪器、设备直接得到系统的响应，统的响应，并并进行参数识别，进行参数识别，即可即可验证第一种方法的验证第一种方法的正确性，正确性，又又达到达到了了解决振动问题的目的解决振动问题的目的。上

13、述两种方法具有相辅相成的作用上述两种方法具有相辅相成的作用，两种方两种方法的结合运用是解决工程振动的有效方法法的结合运用是解决工程振动的有效方法。本课程的特点是：本课程的特点是：理论与实验相结合理论与实验相结合，对于，对于难于解决的概念问题，利用实验给予引导解释，难于解决的概念问题，利用实验给予引导解释，将难以理解的定理、概念以及物理现象，如将难以理解的定理、概念以及物理现象，如“模模态的空间概念态的空间概念”、“组合共振概念组合共振概念”、“自激振自激振动与共振概念动与共振概念”等等，用实验演示出来，通过亲等等，用实验演示出来，通过亲身体验，再综合理论知识的运用，可以较容易的身体验，再综合理

14、论知识的运用，可以较容易的解决学习中的难点问题。解决学习中的难点问题。实验内容和实验手段具有实验内容和实验手段具有趣味性趣味性与与科学性科学性，可充分调动学习的积极性。可充分调动学习的积极性。应用教材应用教材 主要参考教材主要参考教材 1、刘习军、贾启芬、张文德编，工程振动与测试技术，刘习军、贾启芬、张文德编，工程振动与测试技术，天津大学出版社，天津大学出版社，1999年年2、刘习军、贾启芬主编，工程振动理论与测试技术，高刘习军、贾启芬主编，工程振动理论与测试技术，高等教育出版社，等教育出版社，2004年年3、贾启芬、刘习军主编，机械与结构振动，贾启芬、刘习军主编，机械与结构振动，“十一五十一

15、五”国家级规划教材，天津大学出版社，国家级规划教材，天津大学出版社，2007年年主要参考教材主要参考教材 （1）贾启芬）贾启芬，刘习军，刘习军译，译，S.M.凯利凯利 著著机械振动，科学机械振动，科学出版社，出版社，2002年年（2）Williamt.Thomson,Theory of vibration with application,2003,fourth edition.（3）倪振华编著，倪振华编著，振动力学振动力学，西安交通大学出版社，西安交通大学出版社，1989年年参考文献参考文献1.斜拉桥拉索的风雨激励振动特性，斜拉桥拉索的风雨激励振动特性，2005年，天津大学学报年，天津大学学

16、报，Vol.38，No.8，674678.2.MR阻尼器在风雨激振的斜拉索中的减振应用，阻尼器在风雨激振的斜拉索中的减振应用，2007年，年，工程力学，工程力学，Vol.24，No.9，1001043.斜拉桥中索斜拉桥中索-桥耦合非线性振动的理论研究，桥耦合非线性振动的理论研究，2007年，工年，工程力学，程力学，Vol.24，No.7，122127 4.张素侠张素侠,唐友刚唐友刚,刘习军刘习军,.系泊缆松弛系泊缆松弛-张紧状态应力波的特张紧状态应力波的特性分析性分析,工程力学工程力学,2010.Vol.27，No.5，53-595.Self-excited vibration of the

17、shell-liquid coupled system induced by dry friction，ACTA MECHANICA SINICA，1995年，年，Vol.11 No.46.Nonlinear analysis of an interesting phenomenon of the Chinese cultural relic-Dragon Washbasin，CHINESE SCIENCE BULLETIN，1996年，年，Vol.41 No.127.Approximate analytical Solution of the self-excited vibration o

18、f piecewise-smooth systems induced by dry friction，ACTA MECHANICA SINICA，1998年，年，Vol.14 No.1 8.Self-Excited vibration caused by dry friction between two elastic systems，ACTA MECHANICA SINICA，1998年，年，Vol.14 No.4.9.龙洗三维液体表面重力波的动态测量龙洗三维液体表面重力波的动态测量,振动与冲击振动与冲击,2009.28(06):168-170 10.High-order self-exci

19、ted vibration induced by dry friction between two elastic structures.Acta Mechanica Sinica 2001年，年，Vol.17 No.4，340347.11.多自由度分段光滑非线性系统的近似解，力学学报，多自由度分段光滑非线性系统的近似解，力学学报，2004年，年，Vol.36 No.6，373378.12.Analytic solution to nonlinear dynamical system of dragon washbasin，Transactions of Tianjin University，Vol.10(2004);No.3，190-194.13.机床速度型切削颤振的非线性研究，振动与冲击，机床速度型切削颤振的非线性研究，振动与冲击，1999年，年，Vol.18 No.214.机床颤振的若干研究和进展，机床与液压，机床颤振的若干研究和进展，机床与液压，2004年，年，No.11 1515.一种干摩擦引起的机床切削颤振，工程力学，一种干摩擦引起的机床切削颤振，工程力学，2005年，年，No.1 107112感谢语感谢语本章应用了部分网络上本章应用了部分网络上的图片，在此对有关作者的图片，在此对有关作者表示十分感谢表示十分感谢!