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

東北大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械振動(dòng)理論及應(yīng)用課程目錄CONTENCT課程介紹機(jī)械振動(dòng)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(dòng)測(cè)量技術(shù)與應(yīng)用機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性與優(yōu)化機(jī)械振動(dòng)控制策略及實(shí)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(dòng)基本理論和分析方法，為解決工程實(shí)際問題提供理論支撐。提高學(xué)生運(yùn)用振動(dòng)理論分析和解決工程實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。使學(xué)生了解機(jī)械振動(dòng)領(lǐng)域的最新研究成果和發(fā)展趨勢(shì)，拓寬學(xué)術(shù)視野。課程背景與目的振動(dòng)基本概念及振動(dòng)系統(tǒng)建模非線性振動(dòng)理論振動(dòng)的測(cè)量與實(shí)驗(yàn)振動(dòng)的控制與應(yīng)用線性振動(dòng)理論振動(dòng)分析方法介紹振動(dòng)的定義、分類、振動(dòng)系統(tǒng)的建模方法等。講解振動(dòng)方程的求解方法，包括解析法和數(shù)值法，以及振動(dòng)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(dòng)理論，包括自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振等。介紹非線性振動(dòng)的基本概念、分析方法及典型非線性振動(dòng)系統(tǒng)的特性。講解振動(dòng)的測(cè)量方法、實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能。闡述振動(dòng)的控制方法、應(yīng)用實(shí)例及振動(dòng)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(shí)驗(yàn)報(bào)告考核方式及標(biāo)準(zhǔn)采用閉卷考試形式，重點(diǎn)考察學(xué)生對(duì)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(píng)分。根據(jù)學(xué)生課堂參與度、討論貢獻(xiàn)等進(jìn)行評(píng)分。要求學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論等進(jìn)行評(píng)分。02機(jī)械振動(dòng)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(yùn)動(dòng)。根據(jù)振動(dòng)性質(zhì)可分為自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)；根據(jù)振動(dòng)形式可分為簡(jiǎn)諧振動(dòng)、阻尼振動(dòng)和復(fù)雜振動(dòng)等。機(jī)械振動(dòng)定義及分類機(jī)械振動(dòng)的分類機(jī)械振動(dòng)的定義簡(jiǎn)諧振動(dòng)的定義物體在平衡位置附近做周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且回復(fù)力與位移成正比，方向相反的振動(dòng)。簡(jiǎn)諧振動(dòng)的特性周期性、對(duì)稱性、能量守恒等。簡(jiǎn)諧振動(dòng)的表示方法旋轉(zhuǎn)矢量法、復(fù)數(shù)表示法等。簡(jiǎn)諧振動(dòng)特性分析阻尼振動(dòng)的定義根據(jù)阻尼大小可分為弱阻尼、臨界阻尼和強(qiáng)阻尼。阻尼振動(dòng)的分類受迫振動(dòng)的定義受迫振動(dòng)的特性01020403振動(dòng)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(dòng)過程中受到阻力作用，振幅逐漸減小的振動(dòng)。物體在周期性外力作用下產(chǎn)生的振動(dòng)。阻尼振動(dòng)與受迫振動(dòng)振動(dòng)合成的定義振動(dòng)合成的原理振動(dòng)分解的定義振動(dòng)分解的原理振動(dòng)合成與分解原理兩個(gè)或多個(gè)振動(dòng)的疊加。將復(fù)雜振動(dòng)分解為多個(gè)簡(jiǎn)單振動(dòng)的疊加。根據(jù)疊加原理，將多個(gè)振動(dòng)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(dòng)分解為多個(gè)不同頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)方程、模態(tài)分析和振動(dòng)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(dòng)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(diǎn)，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(dòng)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(diǎn)。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(dòng)基本概念建模方法分析方法連續(xù)體振動(dòng)建模及分析詳細(xì)闡述連續(xù)體振動(dòng)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(dòng)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(diǎn)。介紹連續(xù)體振動(dòng)的定義、分類和特點(diǎn)，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(duì)系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的影響。分析方法簡(jiǎn)要介紹非線性振動(dòng)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(diǎn)。非線性振動(dòng)基本概念介紹非線性振動(dòng)的定義、分類和特點(diǎn)，以及其在工程中的應(yīng)用。非線性振動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介04機(jī)械振動(dòng)測(cè)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(cè)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(cè)量位移、振動(dòng)等參數(shù)，具有高靈敏度、寬頻帶等優(yōu)點(diǎn)。利用壓電效應(yīng)將振動(dòng)加速度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，具有體積小、重量輕、頻響寬等特點(diǎn)。利用激光干涉原理測(cè)量振動(dòng)位移，具有非接觸、高精度、高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)測(cè)量對(duì)象、測(cè)量環(huán)境、測(cè)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(hào)放大到合適的幅度，以便于后續(xù)處理。放大電路濾除信號(hào)中的噪聲和干擾成分，提高信噪比。濾波電路將信號(hào)整形為適合數(shù)據(jù)采集的形狀，如將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。整形電路防止信號(hào)調(diào)理電路對(duì)傳感器和后續(xù)電路產(chǎn)生干擾。隔離電路信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行存儲(chǔ)。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(duì)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(dòng)特性的特征參數(shù)，如振幅、頻率、相位等。對(duì)提取的特征參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、時(shí)頻分析、模態(tài)分析等，以揭示機(jī)械振動(dòng)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(dòng)監(jiān)測(cè)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(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)情況，通過數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)故障診斷和預(yù)警。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)利用激光測(cè)振儀等高精度傳感器監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的微小振動(dòng)，評(píng)估橋梁的安全性和穩(wěn)定性。精密加工設(shè)備振動(dòng)控制通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)精密加工設(shè)備的振動(dòng)情況，調(diào)整加工參數(shù)或采取主動(dòng)控制措施，提高加工精度和效率。車輛振動(dòng)性能測(cè)試與優(yōu)化在車輛研發(fā)過程中，利用機(jī)械振動(dòng)測(cè)量技術(shù)對(duì)車輛進(jìn)行振動(dòng)性能測(cè)試和分析，為車輛結(jié)構(gòu)優(yōu)化和減振設(shè)計(jì)提供依據(jù)。05機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性與優(yōu)化固有頻率和振型通過試驗(yàn)或計(jì)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(dòng)響應(yīng)。阻尼比和阻尼矩陣識(shí)別結(jié)構(gòu)的阻尼比和阻尼矩陣，以描述結(jié)構(gòu)在振動(dòng)過程中的能量耗散特性。剛度矩陣和質(zhì)量矩陣通過識(shí)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(dòng)力學(xué)特性參數(shù)識(shí)別030201拓?fù)鋬?yōu)化通過改變結(jié)構(gòu)的拓?fù)錁?gòu)型，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的提升，同時(shí)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(dòng)力學(xué)性能，如提高固有頻率、降低振動(dòng)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(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化。結(jié)構(gòu)動(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)綜合性能的提升。多目標(biāo)優(yōu)化利用模態(tài)截?cái)嗉夹g(shù)保留對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)貢獻(xiàn)較大的模態(tài)，降低計(jì)算規(guī)模；同時(shí)，通過模態(tài)擴(kuò)展技術(shù)考慮被截?cái)嗄B(tài)的影響，提高計(jì)算精度。模態(tài)截?cái)嗯c擴(kuò)展基于模態(tài)分析技術(shù)進(jìn)行靈敏度分析，識(shí)別影響結(jié)構(gòu)動(dòng)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(jì)的實(shí)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(jì)針對(duì)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(dòng)力學(xué)特性參數(shù)識(shí)別和性能優(yōu)化方法進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。汽車車身結(jié)構(gòu)減振降噪設(shè)計(jì)通過識(shí)別車身結(jié)構(gòu)的振動(dòng)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(dòng)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(jì)針對(duì)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(dòng)控制策略及實(shí)現(xiàn)途徑通過向系統(tǒng)提供反向振動(dòng)，與系統(tǒng)原有振動(dòng)相抵消，達(dá)到減振目的。主動(dòng)控制策略原理采用作動(dòng)器（如電磁作動(dòng)器、壓電作動(dòng)器等）產(chǎn)生反向振動(dòng)，通過控制系統(tǒng)對(duì)作動(dòng)器進(jìn)行精確控制。實(shí)現(xiàn)方法適應(yīng)性強(qiáng)，可對(duì)不同頻率、幅值和相位的振動(dòng)進(jìn)行有效控制。優(yōu)點(diǎn)需要外部能源驅(qū)動(dòng)，且控制系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高。缺點(diǎn)主動(dòng)控制策略原理及實(shí)現(xiàn)方法被動(dòng)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(dòng)能量。實(shí)現(xiàn)方法采用阻尼材料、隔震支座、動(dòng)力吸振器等裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)的被動(dòng)控制。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要外部能源驅(qū)動(dòng)，成本較低。缺點(diǎn)對(duì)特定頻率的振動(dòng)效果較好，對(duì)寬頻帶振動(dòng)的控制效果有限。被動(dòng)控制策略原理及實(shí)現(xiàn)方法ABCD混合控制策略原理及實(shí)現(xiàn)方法混合控制策略原理結(jié)合主動(dòng)和被動(dòng)控制策略的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用兩種控制策略對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)進(jìn)行控制。優(yōu)點(diǎn)兼具主動(dòng)和被動(dòng)控制策略的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)寬頻帶振動(dòng)的有效控制。實(shí)現(xiàn)方法在被動(dòng)控制的基礎(chǔ)上，增加主動(dòng)控制作動(dòng)器和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)的混合控制。缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，需要外部能源驅(qū)動(dòng)，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(dòng)控制作動(dòng)器和被動(dòng)阻尼器，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物風(fēng)振的有效控制。橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制。采用主動(dòng)控制策略，在橋梁關(guān)鍵部位設(shè)置電磁作動(dòng)器，通過控制系統(tǒng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)抑制。精密機(jī)床振動(dòng)控制。采用被動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床振動(dòng)的有效抑制。典型案例分析07課程總結(jié)與展望振動(dòng)系統(tǒng)建模介紹了如何建立振動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，包括質(zhì)量、剛度、阻尼等要素。振動(dòng)控制策略介紹了振動(dòng)控制的原理和方法，包括主動(dòng)控制、被動(dòng)控制等，以及實(shí)際應(yīng)用案例。振動(dòng)分析方法詳細(xì)講解了振動(dòng)分析的常用方法，如時(shí)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(dòng)基本概念包括振動(dòng)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(diǎn)內(nèi)容回顧123通過課程學(xué)習(xí)，我對(duì)機(jī)械振動(dòng)的基本概念、分析方法等有了深入的理解，能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。知識(shí)掌握程度通過課程實(shí)驗(yàn)和案例分析，我提高了自己的實(shí)踐能力和問題解決能力，對(duì)振動(dòng)分析方法和控制策略有了更深刻的認(rèn)識(shí)。實(shí)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(huì)，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(píng)價(jià)報(bào)告分享智能化振動(dòng)控制隨