機(jī)械振動(dòng)理論與應(yīng)用（第二版）

目錄
第二版前言
第一版前言
第一篇 基礎(chǔ)理論篇
第1章 緒論 3
1.1 系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng) 3
1.1.1 系統(tǒng) 3
1.1.2 機(jī)械系統(tǒng) 4
1.1.3 系統(tǒng)組成 4
1.2 材料變形與動(dòng)力學(xué)分類 5
1.2.1 動(dòng)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(dòng)力學(xué)分類 6
1.3 系統(tǒng)模型與振動(dòng)分類 6
1.3.1 力學(xué)模型與數(shù)學(xué)模型 6
1.3.2 振動(dòng)及其分類 7
1.3.3 振動(dòng)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(jī)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(jī)械振動(dòng)的理論體系與研究?jī)?nèi)容 14
1.5.1 機(jī)械振動(dòng)的研究意義 14
1.5.2 機(jī)械振動(dòng)的理論體系 15
1.5.3 機(jī)械振動(dòng)的研究?jī)?nèi)容 15
思考題 18
第2章 振動(dòng)問題的力學(xué)基礎(chǔ) 19
2.1 自由度與廣義坐標(biāo) 19
2.1.1 自由度 19
2.1.2 廣義坐標(biāo) 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(jī)械能與互易定理 28
2.3.1 影響系數(shù) 28
2.3.2 勢(shì)能及其線性化 30
2.3.3 動(dòng)能的廣義坐標(biāo)表達(dá)式及其線性化 33
2.3.4 互易定理 34
2.4 建立振動(dòng)方程的原理與常用方法 35
2.4.1 達(dá)朗貝爾原理 35
2.4.2 動(dòng)力學(xué)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(xí)題 43
第3章 單自由度系統(tǒng)的振動(dòng) 46
3.1 振動(dòng)系統(tǒng)模型及其簡(jiǎn)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(jiǎn)化 47
3.2 單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng) 48
3.2.1 單自由度線性系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程及其系統(tǒng)特性 48
3.2.2 振動(dòng)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(dòng) 51
3.2.4 自然頻率的計(jì)算方法 63
3.2.5 有阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng) 66
3.3 諧波激勵(lì)下的強(qiáng)迫振動(dòng) 71
3.3.1 諧波激勵(lì)下系統(tǒng)振動(dòng)的求解方法 71
3.3.2 諧波激勵(lì)下的無阻尼強(qiáng)迫振動(dòng) 74
3.3.3 諧波激勵(lì)下的有阻尼強(qiáng)迫振動(dòng) 79
3.4 周期性激勵(lì)下的強(qiáng)迫振動(dòng) 85
3.4.1 傅里葉級(jí)數(shù)分析法 85
3.4.2 周期性激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)迫振動(dòng) 87
3.5 任意激勵(lì)下的強(qiáng)迫振動(dòng) 88
3.5.1 脈沖響應(yīng)法與時(shí)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(xí)題 98
第4章 兩自由度系統(tǒng)的振動(dòng) 110
4.1 引言 110
4.2 兩自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng) 111
4.2.1 兩自由度振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程 111
4.2.2 無阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)與自然模態(tài) 112
4.3 坐標(biāo)親合與自然坐標(biāo) 120
4.3.1 坐標(biāo)耦合 120
4.3.2 自然坐標(biāo) 123
4.4 兩自由度系統(tǒng)振動(dòng)的拍擊現(xiàn)象 125
4.5 兩自由度系統(tǒng)在諧波激勵(lì)下的強(qiáng)迫振動(dòng) 128
4.5.1 無阻尼系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng) 128
4.5.2 有阻尼系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng) 131
思考題 134
習(xí)題 134
第5章 多自由度系統(tǒng)的振動(dòng) 145
5.1 引言 145
5.2 多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)微分方程 146
5.2.1 用牛頓運(yùn)動(dòng)定律或定軸轉(zhuǎn)動(dòng)方程建立運(yùn)動(dòng)方程 146
5.2.2 用拉格朗日方程建立運(yùn)動(dòng)微分方程 148
5.2.3 用剛度影響系數(shù)法建立運(yùn)動(dòng)微分方程 149
5.2.4 用柔度影響系數(shù)法建立運(yùn)動(dòng)微分方程 153
5.3 線性變換與坐標(biāo)親合 155
5.4 多自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng) 156
5.4.1 無阻尼自由振動(dòng)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(biāo)與正則坐標(biāo)、微分方程解耦 163
5.4.5 多自由度系統(tǒng)對(duì)初始激勵(lì)的響應(yīng) 164
5.4.6 系統(tǒng)矩陣與動(dòng)力矩陣 167
5.4.7 有阻尼多自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng) 169
5.5 多自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng) 171
5.5.1 無阻尼系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng) 171
5.5.2 有阻尼系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng) 172
思考題 176
習(xí)題 176
第二篇 應(yīng)用篇
第6章 機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)利用工程 185
6.1 機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)利用工程概述 185
6.1.1 振動(dòng)利用的途徑 185
6.1.2 振動(dòng)利用的分類 185
6.2 材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 187
6.2.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定 187
6.2.2 摩擦系數(shù)的確定 190
6.2.3 動(dòng)載荷系數(shù)的確定 191
6.2.4 軸的臨界轉(zhuǎn)速的確定 193
6.3 振動(dòng)機(jī)械的工作原理與構(gòu)造 195
6.3.1 振動(dòng)機(jī)械的分類與用途 195
6.3.2 慣性振動(dòng)機(jī)械的工作原理與構(gòu)造 197
6.3.3 彈性連桿式振動(dòng)機(jī)械的工作原理與構(gòu)造 210
6.3.4 電磁式振動(dòng)機(jī)械的工作原理與構(gòu)造 212
6.3.5 液壓式振動(dòng)機(jī)械的工作原理與構(gòu)造 215
6.4 非共振型振動(dòng)機(jī)械 217
6.4.1 平面運(yùn)動(dòng)單軸慣性式非共振型振動(dòng)機(jī)械 217
6.4.2 空間運(yùn)動(dòng)單軸慣性式非共振型振動(dòng)機(jī)械 221
6.4.3 雙軸慣性式非共振型振動(dòng)機(jī)械 224
6.5 近共振型振動(dòng)機(jī)械 228
6.5.1 慣性式近共振型振動(dòng)機(jī)械 228
6.5.2 連桿式近共振型振動(dòng)機(jī)械 232
6.5.3 電磁式近共振型振動(dòng)機(jī)械 237
思考題 240
習(xí)題 240
第7章 機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)防治工程 242
7.1 機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)防治工程概述 242
7.1.1 振動(dòng)防治的途徑 242
7.1.2 振動(dòng)防治的分類 242
7.2 隔振原理及其應(yīng)用 242
7.2.1 隔振原理 243
7.2.2 隔振器的設(shè)計(jì) 248
7.2.3 沖擊隔離 251
7.3 減振原理及其應(yīng)用 253
7.3.1 動(dòng)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(zhuǎn)子的振動(dòng)與平衡 265
7.4.1 轉(zhuǎn)子在不平衡力作用下的振動(dòng) 266
7.4.2 單圓盤撓性轉(zhuǎn)子的振動(dòng) 269
7.4.3 多圓盤撓性轉(zhuǎn)子的振動(dòng) 273
7.4.4 撓性轉(zhuǎn)子的平衡原理 278
7.4.5 撓性轉(zhuǎn)子的平衡方法 280
7.5 發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)與減振 285
7.5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)位形描述 285
7.5.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的自然頻率 286
7.5.3 發(fā)動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速 289
7.5.4 發(fā)動(dòng)機(jī)的共振避免 290
7.5.5 發(fā)動(dòng)機(jī)的耦合度縮減 291
思考題 292
習(xí)題 292
第8章 振動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試、辨識(shí)與分析 294
8.1 振動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試 294
8.1.1 振動(dòng)測(cè)量的力學(xué)原理 294
8.1.2 振動(dòng)測(cè)試傳感器與測(cè)振儀器設(shè)備 297
8.1.3 激振設(shè)備與激振方法 299
8.1.4 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 302
8.2 振動(dòng)系統(tǒng)的辨識(shí) 307
8.2.1 模態(tài)參數(shù)識(shí)別 307
8.2.2 物理參數(shù)識(shí)別與修改 311
8.3 振動(dòng)與故障診斷 318
8.3.1 機(jī)械故障診斷概述 318
8.3.2 齒輪故障產(chǎn)生機(jī)理及其診斷方法 321
8.1 凸輪機(jī)構(gòu)的振動(dòng)分析與控制 322
8.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)的振動(dòng)模型 323
8.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的振動(dòng)分析 325
8.5 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)分析 329
8.5.1 汽車起重機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)分析 329
8.5.2 汽輪機(jī)-壓氣機(jī)喘振分析 332
8.5.3 軋鋼機(jī)的沖擊現(xiàn)象 333
8.5.1 橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)振動(dòng)分析 336
思考題 339
習(xí)題 339
第三篇 深化理論篇
第9章 多自由度系統(tǒng)振動(dòng)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(jī)械阻抗法 355
9.4 求解特征值問題的方法 366
9.4.1 實(shí)對(duì)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(yīng)的方法 373
思考題 378
習(xí)題 378
第10章 連續(xù)系統(tǒng)的振動(dòng) 382
10.1 引言 382
10.2 連續(xù)系統(tǒng)的自由振動(dòng) 382
10.2.1 弦的橫向振動(dòng) 382
10.2.2 桿的縱向振動(dòng) 386
10.2.3 軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng) 388
10.2.4 弦、桿、軸振動(dòng)方程的相似性 389
10.2.5 梁的彎曲振動(dòng) 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(duì)于激勵(lì)的響應(yīng) 396
10.4.1 系統(tǒng)對(duì)于初始激勵(lì)的響應(yīng) 396
10.4.2 系統(tǒng)對(duì)于過程激勵(lì)的響應(yīng) 399
10.4.3 剪切變形和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響 400
10.5 連續(xù)系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng) 402
10.5.1 弦的橫向強(qiáng)迫振動(dòng) 402
10.5.2 桿的縱向強(qiáng)迫振動(dòng) 403
10.5.3 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)迫振動(dòng) 405
10.5.4 梁的橫向強(qiáng)迫振動(dòng) 405
思考題 409
習(xí)題 410
第11章 隨機(jī)激勵(lì)下的振動(dòng) 413
11.1 引言 413
11.2 隨機(jī)過程的基本概念 413
11.2.1 隨機(jī)過程 413
11.2.2 隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)參數(shù) 414
11.2.3 平穩(wěn)隨機(jī)過程和各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程 417
11.2.4 幾種典型的隨機(jī)過程 418
11.3 隨機(jī)過程的描述 420
11.3.1 隨機(jī)過程的幅域描述 421
11.3.2 隨機(jī)過程的時(shí)域描述 422
11.3.3 隨機(jī)過程的頻域描述 423
11.4 單自由度系統(tǒng)的隨機(jī)響應(yīng) 429
11.4.1 單自由度系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)