振动问题的发展简史
工程中的振动问题的研究进展
工程中的振动问题的研究进展摘要：随着科学技术的发展，工程中的振动问题愈来愈受到人们的关注，研究进展也越来越迅猛。
本文将针对工程中的振动问题，结合国内外近年来的研究成果，综述其研究进展。
关键词:振动、问题研究、相关进展引言振动问题是工程学中常见的问题，其出现与各种机械、结构、交通工具等都有关系，因此振动问题的研究具有广泛的应用价值。
工程中的振动问题主要与以下几个方面相关：机械系统的振动、建筑结构的振动、交通工具的振动等。
而随着技术的不断发展，工程中的振动问题的研究也不断深入，涉及到许多新的技术与理论。
本文主要介绍工程中的振动问题的研究进展，包括振动的产生机理、振动测试与分析、振动控制等方面，旨在全面介绍当前振动问题研究的最新进展与趋势。
一、振动理论的发展振动理论是研究振动中物体的固有频率、振幅、相位和波形等基本特性的一门学科。
在振动理论的发展过程中，人们逐渐认识到，振动不仅是一种物理现象，而且也与其他相关学科有着密切的联系。
因此，振动理论呈现出相对于其他学科交叉性、前沿性与综合性的特点。
在振动理论的发展史中，有三个重要的时间节点：牛顿的刚体力学理论、达朗伯的振动理论和拉格朗日的变分方法。
（1）牛顿的刚体力学理论牛顿的刚体力学理论是振动理论发展的起始点。
在牛顿的刚体力学理论中，振动是一种无限小的运动，假设了振动的幅值趋近于零，不会影响刚体的运动，即振动不会使刚体的形状、大小和内部结构发生变化。
（2）达朗伯的振动理论达朗伯是振动理论研究的先驱之一。
他提出了振动现象的均匀机械解释，即振动是一种力的作用，它可以通过连续介质力学来进行描述。
通过分析物体在不平衡力作用下的运动，他发现了很多重要的物理现象，如振动的相位、共振、衰减等。
（3）拉格朗日的变分方法拉格朗日在振动理论中应用了变分方法，创造出了拉格朗日动力学，使振动问题得到了较为客观、简洁、优美的描述。
通过运用拉格朗日方程，可以求解出物体在某一时刻的特定状态下的运动状态，即使在复杂条件下，也可以求解出振动的各种变量。
振动时效的过去
振动时效的过去、今天和未来来源：[]机电之家·机电行业电子商务平台！金属工件在铸造、锻压、焊接和切削加工及使用过程中，由于受热冷、机械变形作用，在工件内部产生残余应力，致使工件处于不平稳状态，降低工件的尺寸稳定性和机械物理性能，使工件在服役过程中产生应力变形和失效，尺寸精度得不到保证。
为了消除残余应力，过去通常采用热时效和自然时效，然而这两种方式却都存在诸多弊端：自然时效周期太长，占地面积大，不适应大批量生产；热时效使用费高，且占地面积大，辅助设备多，耗能高，炉温控制难度高，工件易氧化，增加清理工作量，且易因受热不均致裂，并在冷却过程中产生新的应力，此外，热时效处理劳动条件差，污染环境，机械化自动化水平也不高。
振动时效则以显著的节能降耗、降低成本、缩短周期等优势脱颖而出。
振动时效适应现代工业社会对能源和环保的要求。
它在某些方面已有取代传统热时效的趋势，成为一种革命性的高新技术。
已引起机械制造业的极大关注和兴趣。
近二三十年来在世界范围内得到更为广泛的应用。
一、振动时效概述：１，振动时效原理振动消除应力简称VSR（Vibratory Stress Relief），它是利用一受控振动能量对金属工件进行处理，达到消除工件残余应力的目的。
从微观方面分析，振动时效可视为一种以循环载荷的形式施加于零件上的一种附加应力。
众所周知，工程上采用的材料都不是理想的弹性体，其内部存在着不同类型的微观缺陷，铸铁中更是存在着大量形状各异的切割金属机体的石墨。
故而无论是钢、铸铁或其他金属，其中的微观缺陷附近都存在着不同程度的应力集中。
当受到振动时，施加于零件上的交变应力与零件中的残余应力叠加。
当应力叠加的结果达到一定的数值后，在应力集中最严重的部位就会超过材料的屈服极限而发生塑性变形。
这塑性变形降低了该处残余应力峰值，并强化了金属基体。
而后，振动又在另一些应力集中较严重的部位上产生同样作用，直至振动附加应力与残余应力叠加的代数和不能引起任何部位的塑性变形为止，此时，振动便不再产生消除和均化残余应力及强化金属的作用。
线性振动理论和振动近似解法简略史 正文
线性振动理论和振动近似解法简略史摘要：读史使人明智，本文意在对线性振动理论和工程振动近似解法的发展做简要明了的阐述，其中线性振动理论史以科学家对具体模型的解答为路线，依次阐述：单摆、弦线、梁、膜、板壳、三维弹性体理论、激励响应和强迫振动理论。
工程近似解法以时间为顺序依次阐述各近似解法，依次简要阐述：邓克莱法、逐步近似法、阵型叠加法，传递矩阵法、瑞立法、里茨法、有限元法。
部分近似解法做了较为详细的解释。
关键词线性振动近似解法简略史1线性振动理论1.1单摆单摆是最早引起人们注意的振动之一，真正对单摆的研究要追溯到16世纪，早在1581年，伽利略发现了摆的等时性，之后科学家对单摆的研究主要就是计算摆的周期，当然也包括伽利略本人。
伽利略在1638年用落体公式推得摆动周期正比于摆长与重力加速度比的平方根,还从能量的角度讨论摆的周期，但始终没得到正确的比例系数。
结束摆周期的计算是在17世纪中后叶，惠更斯利用几何方法，得到摆振动周期的正确公式。
1678年牛顿在其划时代的《自然哲学的数学原理》中建立运动变化与受力的关系，使振动问题的动力学研究成为可能,假设了介质阻力与速度及速度平方成正比,形成阻尼概念的雏形，在1728年欧拉考察了摆在有阻尼介质中的运动建立并求解了相应的二阶常微分方程，至此单摆在无阻尼和有阻尼的条件下的周期计算基本结束，后期对摆的研究主要集中在摆的大幅振动和其具有的非线性特征。
1638年伽利略摆动周期正比于摆长与］重力加速度比的平方根，即：T二1LJ(1673年伽利略利用几何方法得到单摆振动周期的正确公式\准确解：T二4j(l/g)*K(sin(a/2))广1728年欧拉建立并求解了摆在有阻尼、介质中的运动相应的二阶常微分方程I)图一单摆周期的发现及求解简略图1.2弦线在振动力学研究兴起之前,有两个典型的振动问题引起注意,一个是单摆摆动，另一个就是弦线振动。
弦线振动是无穷多自由度连续系统的振动,单摆摆动是单自由度离散系统的振动,振幅不大时都可认为是线性的。
振动力学教程PPT课件
动的叠加-----------谐波分析
•
2、非周期：利用傅立叶积分作谐波分析
• δ函数又称为单位脉冲函数-----它的性质、应用
示成一系列简谐振
第22页/共35页
第一节：简谐振动及其表示方法
•一、简谐振动的表示方法
• （一）正弦函数表示
2、A、ω、Φ ------简谐振动三要素
第23页/共35页
第24页/共35页
船舶的模态分析和强度分析，飞行器的结构振动和声疲劳分析等。
3） 在土木建筑、地质工程中：建筑、桥梁等结构物的模态分析，地震
引起结构物的动态响应，爆破技术的研究等。
4） 在医学、生物工程中：脑电波、心电波、脉搏波动等的信号处理等。
第12页/共35页
2途径：
1）从具体的工程对象提炼出力学模型 2）建立数学模型------应用力学知识建立所研究问题的数学模型 3）对数学模型进行分析和计算，求出请确、近似或数值解。 4） 比较------将计算结果与工程问题的实际现象或实验研究的测试结果进行 比较，考察理论结果是否解决该工程问题，如不能解决而数学模型及求解均无错 误，则需要修改力学模型重复上述过程。
第9页/共35页
5 随机振动
20世纪50年代，航空和航天工程的发展对振动力学提出了更高 的要求，确定性的力学模型无法处理包含随机因素的工程问题----如大气湍流引起的飞机颤振、喷气噪音导致飞行器表面结构 的声疲劳、火箭运载工具有效负荷的可靠性等。工程的需要迫使 人们用概率统计的方法研究承受非确定性载荷的机械系统和结构 的响应、稳定性和可靠性等， 从而 形成了随机振动这一振动力 学的重要组成部分。 在工程问题中振动信号的采集和处理是随机振动理论应用的前提， 由于计算机的迅速发展和快速第1傅0页/立共35叶页 变换算法的出现，随机振动
振动2_精品文档
2）方便地比较振动步调（易于求位相差）
x A cos t
A cos t π
2
a A 2 cos t π
ωA
ω 2A
Aa x
由图看出：速度超前位移 π 加速度超前速度 2
加速度与位移 Δ π ，反相
3）方便计算
用熟悉的圆周运动代替三角函数的运算
例19.3 质量为m的质点和劲度系数为k的弹簧
再放手后开始向下运动,
l0
所以得到初始条件： x0= －0.1m ，v0= 0
由初始条件 得：
x0
l －kl
o
mg
F
x
A
x02
02 2
0.1m ;
arctan( 0 )π or 0 x0
mg x
并且t>0时 v> 0
再由t>0时， v> 0，得
arctan( v0 ) π x0
（3）x =Acos( t + φ)=0.1cos(9.9t + )m vdxAs i(ntπ)
该如物物理理量量的：运r 动称为E 振动H 。 Qi
虽然各种振动的具体物理机制可能不同，但是作 为振动这种运动的形式，它们却具有共同的特征。
振动的形式:
受迫振动
振动 自由振动
共振 阻尼自由振动
无阻尼自由振动
无阻尼自由非谐振动 无阻尼自由谐振动 (简谐振动）
最基本、最重要的振动形式是简谐振动 (S.H.V.) simple harmonic vibration
A1 A2
φ 1 φ2
oA
2
Δ φ2 φ 1
ππ 32
x
π
6
例19.6 质点的振动规律 用余弦函数描述，其速
机械振动学的发展历程
机械振动学的发展历程
机械振动学是研究物体在受到外力作用下所产生的振动现象的一门学科。
它涉及到力学、物理学、数学等多个领域，是现代工程领域中非常重要的一个学科。
下面将通过回顾机械振动学的发展历程，来探讨这门学科的起源、发展和应用。
1. 起源阶段
机械振动学的起源可以追溯到古代。
早在古希腊时期，人们就开始观察各种物体的振动现象，比如钟摆的摆动、弦乐器的共振等。
这些简单的振动现象为后来机械振动学的发展奠定了基础。
随着科学技术的进步，人们对振动现象进行了更深入的研究和探索，逐渐建立了机械振动学的理论体系。
2. 发展阶段
19世纪是机械振动学发展的重要阶段。
在这一时期，科学家们深入研究了弹性体的振动特性，并建立了弹性体振动的数学模型。
随后，随着电磁学、声学等学科的发展，机械振动学得到了更广泛的应用。
20世纪，随着计算机技术的进步，人们能够更准确地模拟和预测物体的振动行为，机械振动学取得了更大的进展。
3. 应用阶段
如今，机械振动学在工程领域扮演着至关重要的角色。
通过对机械系统进行振动分析，工程师们能够优化设计、提高性能、延长使用寿命。
在航天、汽车、船舶、建筑等领域，机械振动学都得到了广泛的
应用。
同时，机械振动学也为新材料、新技术的研发提供了重要的理论支持。
总结起来，机械振动学经历了起源、发展和应用的三个阶段，不断壮大和完善。
它在现代工程领域中有着广泛的应用和深远的影响，是推动科学技术发展的重要学科之一。
相信随着科学技术的不断进步，机械振动学将会取得更大的发展，为人类社会进步和发展做出更大的贡献。
振动问题的发展简史
混沌振动 运动具有随机性、对初始条件极为敏感；运动具有不可预测性
随机振动
大气湍流引起的飞机颤振 喷气噪声导致飞行器表面结构的声疲劳 火箭运载工具有效负载的可靠性 非确定性载荷的机械系统和结构的响应、稳定性和可靠性
转化 基础科学
基础 技术 科学 科学
混沌振动：响应为时间的始终有限的非周期函数（往复非周期运动） （特点：对于确定性系统，对初始条件极为敏感；内禀随 机性；长期预测不可能性）
随机振动：响应为时间的随机函数
伽辽金（Галёркин,Б.Г. 1915年)
里兹法进一步推广确定固有频率
邓克莱（Dunkerley,S. 1894年)
多圆盘轴横向振动基频的计算方法
斯托德拉（Stodola,A. 1904年)
针对轴杆提出逐步近似计算方法，成为 矩阵迭代法的雏形
法莫（Frahm,H. 1902年)
计算船主轴扭振时提出离散化思想
环境预测 系统和响应
激励
振动问题的反问题
系统
确定性系统 随机性系统
常参量系统 变参量系统
振动系统
模型
离散系统 （有限自由度系统） 连续系统 （无限自由度系统）
方程
线性系统 非线性系统
振动形式
激励类型
固有振动 自由振动 受迫振动 自激振动 参数振动
响应类型
确定性振动 随机振动
简谐振动 周期振动 准周期振动 混沌振动
在实验基础上系统地总结了弦线 振动的频率特征
1678年 1687年
胡克(Hooke,R) 发表的弹性定律 牛顿(Newton,I) 发表的运动定律
奠定了振动力学的 物性和物理基础
以声音的振动为原理的发明
以声音的振动为原理的发明
（原创实用版）
目录
1.声音的振动原理
2.基于声音振动的发明的发展历程
3.声音振动原理在现代科技中的应用
4.我国在声音振动发明领域的发展
正文
【声音的振动原理】
声音是由物体振动产生的，当物体振动时，周围的空气也会随之振动，从而形成声波，使我们能够听到声音。
声音的振动原理，简单来说，就是物体振动产生的能量在空气中传播的过程。
【基于声音振动的发明的发展历程】
基于声音振动原理的发明，可以追溯到电话和无线电。
19 世纪，亚历山大·格拉汉姆·贝尔发明了电话，这一发明使得人们可以通过声音的振动来进行远程通信。
随后，无线电的发明，也是基于声音振动原理，使得信息传播的速度大大提高。
随着科技的发展，基于声音振动原理的发明越来越多。
比如，声纹识别技术，就是通过分析声音的振动特征来识别身份的。
再比如，医疗领域中的超声波技术，也是利用声音的振动原理，来检查和治疗疾病。
【声音振动原理在现代科技中的应用】
在现代科技中，声音的振动原理被广泛应用。
例如，智能家居中的语音助手，就是通过识别声音的振动来理解并执行指令的。
此外，声音的振动原理还被应用于无人驾驶汽车，通过声纳技术，汽车可以利用声音的振动来感知周围的环境。
【我国在声音振动发明领域的发展】
我国在声音振动发明领域也有着不俗的发展。
近年来，我国在声纹识别、超声波技术等方面，都取得了重要的突破。
此外，我国还在声音振动原理的应用上，进行了一系列的研究和探索。
总的来说，声音的振动原理是一项重要的科技原理，它为我们的生活带来了许多便利。
振动总结归纳
振动总结归纳振动是物体在受到外力作用时产生的周期性运动。
它是自然界中常见的现象，也是工程设计和科学研究中重要的内容之一。
通过对振动现象的观察与研究，我们可以深入理解物体的结构与特性，为实际应用提供有益的指导。
本文将对振动进行总结与归纳，探讨其基本原理、种类与应用。
一、振动的基本原理振动是一个复杂的物理现象，其基本原理涉及到力的作用和运动的相互关系。
振动的发生是由外力引起的，当物体受到外力作用时，会产生弹性形变，从而使得物体回到平衡位置。
这种回到平衡位置的运动称为固有振动。
二、振动的种类1. 机械振动机械振动是指由机械系统引起的振动。
例如，弹簧振子、摆钟等都属于机械振动。
机械振动具有周期性、谐振频率等特点，对于工程设计和精密仪器制造有着重要的影响。
2. 光学振动光学振动是指光的传播过程中的振动现象。
当光通过介质时，会受到介质分子的影响，产生频率不同的振动。
这种振动对于光的传播和介质的性质具有重要的影响，例如色散、折射等现象。
3. 电子振动电子振动是材料中电子的振动现象。
在晶体中，电子可以通过晶格振动来传递能量，形成电子声子耦合。
电子振动对于材料的导电性、热导率等具有重要的影响。
三、振动的应用1. 振动传感技术振动传感技术是一种利用振动特性进行测量和监测的技术。
例如，振动传感器可以用于检测机械设备的故障与损伤，预测设备的寿命。
振动传感技术在工业制造、航空航天等领域有着广泛的应用。
2. 振动控制技术振动控制技术是通过改变外力或调节系统参数，来减小或抑制振动现象的技术。
例如，在建筑结构设计中，可以采用减振器来降低地震或风振对建筑物的影响。
振动控制技术在工程安全和舒适性的改善方面发挥着重要作用。
3. 振动工程振动工程是研究和应用振动理论的一门工程学科。
它涉及到结构的振动特性、设计的优化与改进，以及对振动环境的分析与评估。
振动工程在建筑、桥梁、交通工具等领域有着广泛的应用，可以提高结构的稳定性和安全性。
四、振动的发展趋势随着科学技术的不断进步，振动研究也在不断发展。
文献综述-振动力学.
振动力学1前言部分振动力学在其发展过程中逐渐由基础科学转化为基础科学与技术科学的结合.工程问题的需要使振动力学的发展成为必需,而测试和计算技术的进步又为振动力学的发展和应用提供了可能性.除与技术问题的结合以外,学科的交叉不断为振动力学的发展注入新的活力.在数百年发展过程中,振动力学已形成为以物理概念为基础,以数学理论、计算方法和测试技术为工具,以解决工程中振动问题为主要目标的力学分支。
人类对振动现象的认识有悠久的历史。
战国时期的古人已定量地总结出弦线发音与长度的关系。
在振动力学研究兴起之前，有两个典型的振动问题引起注意，即弦线振动和单摆振动。
对单摆摆动的研究起源于Galileo,他在1581年发现摆的等时性。
1727年JohnBernoulli研究无重量弹性弦上等距分布等质量质点时,建立无阻尼自由振动系统模型并解出解析解。
1728年Euler考察了摆在有阻尼介质中的运动建立并求解了相应的二阶常微分方程。
1739年他研究了无阻尼简谐受迫振动,从理论上解释了共振现象。
1834年Duhamel将任意外激励视为一系列冲量激励的叠加,从而建立了分析强迫振动的普遍公式.1849年Stokes发现了初位移激励与初速度激励两者响应的联系,并且由此对外激励得到与Duhamel相同的结果.非线性振动的研究使得人们对振动机制有了新的认识.除自由振动、受迫振动和参数振动以外,还有一类广泛存在的振动,即自激振动.1925年Cartan父子研究了无线电技术中出现的一类二阶非线性微分方程的周期解.1926年vanderPol建立一类描述三极电子管振荡的方称为vanderPol方程,他用图解法证明孤立闭轨线的存在,又用慢变系数法得到闭轨线的近似方程.1928年Lienard证明以 Cartan 方程和vanderPol方程为特例的一类方程存在闭轨线,1929年Андронов阐明了vanderPol的自激振动对应于Poincaré研究过的极限环。
振动疲劳发展历程
振动疲劳发展历程振动疲劳是一种物体在受到周期性应力作用下，随着振动次数的增加而逐渐产生的疲劳现象。
随着工程领域的不断发展，振动疲劳的研究也日益加深。
本文将从振动疲劳的定义、发展历程以及应用领域三个方面进行探讨，并梳理出振动疲劳研究的主要里程碑。
首先，我们来介绍一下振动疲劳的定义。
振动疲劳是指物体在受到周期性应力作用下，由于材料的微小缺陷和强度的逐渐降低，最终导致物体失效的现象。
振动疲劳的研究对象包括金属材料、混凝土结构、机械设备等。
振动疲劳的历史可以追溯到19世纪中叶。
当时，工业革命推动了机械制造业的迅速发展，各种机械设备开始被广泛应用。
然而，随着机械设备工作时间的延长，一些设备出现了疲劳断裂的问题。
这使得科学家们开始对振动疲劳进行研究。
20世纪初，振动疲劳的研究得到了进一步的发展。
德国工程师Wöhler提出了“Wöhler曲线”，该曲线描述了材料在不同应力水平下的寿命。
这个理论对于振动疲劳研究起到了重要的推动作用，也奠定了振动疲劳的基本研究方法。
在20世纪的后半期，随着计算机技术的发展，振动疲劳的研究进入了新的阶段。
有限元分析等计算机仿真技术的引入，大大提高了振动疲劳的研究效率和准确性。
此外，一些新的振动疲劳评价方法也相继出现，例如振动信号分析、振动监测技术等，进一步推动了振动疲劳的实际应用。
随着对振动疲劳的深入研究，振动疲劳的应用领域也得到了广泛拓展。
传统的应用领域包括航空航天、汽车制造和机械工程等。
在航空航天领域，振动疲劳研究可以帮助设计更可靠的飞行器和航天器。
在汽车制造领域，振动疲劳研究可以提高汽车零部件的寿命和可靠性。
在机械工程领域，振动疲劳研究对于提高机械设备的工作效率和安全性具有重要意义。
近年来，振动疲劳的研究还涉及到了新的应用领域。
例如，振动疲劳在桥梁结构、船舶工程和建筑工程等领域的应用逐渐受到关注。
振动疲劳研究可以帮助工程师预测和评估结构在振动环境下的寿命，从而更好地保护公众的生命财产安全。
材料力学发展简史
今后法国旳科学家泊松；法国旳力学家圣维
南；以及法国旳力学家工程师纳维埃等等都对弯 曲理论、扭转理论、稳定理论以及材料试验作出 卓越旳贡献，丰富、发展和完善了材料力学这门 学科，他们对科学旳献身精神为后人所敬佩。这 里尤其提出瑞士旳数学家、力学家欧拉，16岁取 得硕士学位，他旳一生对数学、刚体力学以及材 料力学中旳弹性线、稳定理论等都有重大贡献， 是18世纪著述最多旳科学家，晚年双目失明，由 助手笔录完毕了400多篇论文。
莫尔发明旳莫尔圆
铁木生柯教授旳专著
还有对流体力学和塑性壳体理论作出重大贡献 旳近代力学奠基人卡门；我国著名旳科学家和力 学家钱学森；伟大旳地质学家、地质力学旳开创 者李四光等等。
著名旳科学家钱学森
伟大旳地质学家李四光
能够预言，在科学与技术飞速发展 旳今日，肯定会在新旳一代中涌现出更 多旳力学家，将二十一世纪旳力学推向 更高旳水平。
《营造法式》
17世纪后期到19世纪初，是 这门学科发展旳极盛时期，英国 科学家虎克在1678年刊登了他 旳主要物理定律，即人们熟悉旳 虎克定律。此图所示为虎克试验 用装置，虎克发觉，杆或弹簧在 拉力作用下，伸长DL与拉力P成 正比。
胡克试验用装置
17世纪马里沃特（Mariotte 1620～1680）作 了木材旳拉伸试验，并已开始研究梁旳弯曲试验。
材料力学发展简史
A Brief History of Mechanics of Materials
1638年，举世闻名 旳意大利数学家，天文 学家，力学家伽里略
1564～1642在荷兰莱登，
出版了世界上第一本材 料力学教本《两种新旳 科学》首先提出了材料 旳力学性质和强度计算 旳措施。人们以为，材 料力学作为一门学科， 就从这里开始。
振动控制技术现状与进展_陈章位
振 动 与 冲 击第28卷第3期JOURNAL OF V I B RATI O N AND SHOCK Vol.28No.32009 振动控制技术现状与进展收稿日期:2008-01-03第一作者陈章位男,教授,1965年生陈章位,于慧君(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,杭州 310027) 摘 要:总结了自20世纪40年代开始振动试验研究以来振动控制技术的发展,论述了在振动控制算法以及振动试验激振设备等方面国内外研究所取得的主要成就。
在此基础上提出了振动控制技术今后值得关注的研究方向和重点,如实际振动环境复现试验控制、多轴多自由度振动控制等。
关键词:振动控制;振动试验;进展;展望中图分类号:T B534+.2 文献标识码:A 自从在二次世界大战中战斗机等多种军用设备因受振动而造成损坏的现象引起重视后,为了更好地模拟产品的真实振动环境、对产品可靠性进行检验,20世纪40年代开始人们引入了振动试验。
随着现代科学技术的进步,振动试验在产品的生产、设计以及可靠性、耐久性试验方面起到了越来越重要的作用。
振动试验系统主要由激振器、控制器、试件以及夹具所组成。
在这几十年来的发展中,为了更真实地模拟实际的振动环境,激振器越来越复杂,同时也带来了问题就是如何精确地控制激振器使得激振器产生的振动信号能够与试验要求产生的信号一致,也即需要进一步提高控制器的性能。
由此本文从三方面对振动控制技术进行综述,一是当前振动试验激振设备的发展;二是当前振动控制算法的发展以及在当前的振动试验产品中普遍采用的控制算法:三是当前控制器的发展,在此基础上提出了振动控制技术今后的研究方向和重点。
1 国内外进展111 振动试验激振设备进展 用于振动试验的振动试验激振设备从其激振方式上主要可分为三类:机械式振动台、电液式振动台和电动式振动台[1-4]。
1.1.1 机械式振动台进展机械式振动台主要有不平衡重块式和凸轮式两类。
不平衡重块式是以不平衡重块旋转时产生的离心力来激振振动台台面,激振力与不平衡力矩和转速的平方成正比。
机械振动发展史
公元前1000多年，中国商代铜铙已有十二音律中的九律，并有五度谐和音程的概念。
在战国时期，《庄子·徐无鬼》中就记载了同频率共振现象。
人们对与振动相关问题的研究起源于公元前6世纪毕达哥拉斯(Pythagoras)的工作，他通过试验观测得到弦线振动发出的声音与弦线的长度、直径和张力的关系。
意大利天文学家、力学家、哲学家伽利略(Galileo Galilei)经过实验观察和数学推算，于1 5 8 2年得到了单摆等时性定律。
荷兰数学家、天文学家、物理学家惠更斯(c．Huygens)于1 6 7 3年著《关于钟摆的运动》，提出单摆大幅度摆动时并不具有等时性这一非线性现象，并研究了一种周期与振幅无关的等时摆。
法国自然哲学家和科学家梅森(M．Mersenne)于1623年建立了弦振动的频率公式，梅森还比伽利略早一年发现单摆频率与摆长平方成反比的关系。
英国物理学家胡克(R. Hooke)于1 6 7 8年发表的弹性定律和英国伟大的物理学家、数学家、天文学家牛顿(I. Newton)于1 6 8 7年发表的运动定律为振动力学的发展奠定了基础。
在下面对振动发展史的简述中，主要是针对线性振动、非线性振动、随机振动以及振动信号采集和处理这三个方面进行的。
而关于线性振动和非线性振动发展史的简介中，又分为理论研究和近似分析方法两个方面。
线性振动理论在1 8世纪迅速发展并趋于成熟。
瑞士数学家、力学家欧拉(L. Euler)于1728年建立并求解了单摆在有阻尼介质中运动的微分方程；1 7 3 9年研究了无阻尼简谐受迫振动，并从理论上解释了共振现象；1 7 4 7年对九个等质量质点由等刚度弹簧连接的系统列出微分方程组并求出精确解，从而发现线性系统的振动是各阶简谐振动的叠加。
法国数学家、力学家拉格朗日(J.L．Lagrange)于1 7 6 2年建立了离散系统振动的一般理论。
最早被研究的连续系统是弦线，法国数学家、力学家、哲学家达朗伯(J. le R．d，Alembert)于1 7 4 6年发表的《弦振系统是弦线，法国数学家、力学家、哲学家达朗伯(J．1e R．d，Alem bert)于1 7 4 6年发表的《弦振动研究》将他发展的偏微分方程用于弦振动研究，得到了弦的波动方程并求出行波解。
振动力学第1章自由振动资料
振动力学 Mechanics of Vibrations
§0.4 振动力学在工程中的应用
刘延柱 陈文良 陈立群
机械、电机工程中：振动部件的强度和刚度，机械的故障诊断， 精密仪器和设备的减振和降噪等。
交通、飞行器工程中：结构振动和疲劳分析，舒适性、操纵性 和稳定性问题等。
土建、地质工程中：建筑、桥梁等结构物的模态分析，地震引 起的动态响应，矿床探查、爆破技术的研究等。
振动力学 Mechanics of Vibrations
刘延柱 陈文良 陈立群
高等教育出版社
长征火箭
Higher Education Press
振动力学 Mechanics of Vibrations
刘延柱 陈文良 陈立群
高等教育出版社
长征火箭发射
Higher Education Press
振动力学 Mechanics of Vibrations
矮寨特大悬索桥钢桁梁
Higher Education Press
振动力学 Mechanics of Vibrations
刘延柱 陈文良 陈立群
高等教育出版社
矮寨特大悬索桥主缆架
Higher Education Press
振动力学 Mechanics of Vibrations
刘延柱 陈文良 陈立群
（b） 周期振动－响应是时间的周期函数。
（c） 准周期振动－若干个周期不可通约的简谐振动组合 而成的振动。 （d）混沌振动－响应为时间的始终有限的非周期函数。
（2） 随机振动－响应为时间的随机函数。
高等教育出版社
Higher Education Press
振动力学 Mechanics of Vibrations
1汽轮发电机组振动技术的发展-施维新
汽轮发电机组振动技术的发展施维新（西安热工研究院有限公司，陕西西安 710032）摘要：机组振动技术一直较为神秘，国内经50余年的发展，由非常落后，到目前赶上国外先进水平。
文中详细分析、介绍了振动监控、振动测试仪表制造、振动故障诊断、转子和轴系平衡技术发展过程及现状。
这些技术发展和取得，为机组安全运行，提供了重要的技术保障，也为现场提供了快捷有效的消振技术。
关键词：机组振动；故障诊断；监控；测试；技术；发展。
一、前言国内汽轮发电机组振动技术从上世纪50年代中起步，经50多年的发展，不论是大机组振动监控、振动分析仪表制造，还是振动故障诊断技术、转子和轴系平衡技术等，程度不同地步入了国外先进水平，某些方面超过了国外先进水平。
汽轮发电机组振动技术不仅需要理论和实验室试验研究的支持，更多的需要现场长期实践知识的积累，尤其是故障诊断和轴系平衡技术，这两项技术主要不是依靠吸收和引进国外先进技术，更多的是依靠国内广大振动科技工作者，长期艰苦研究取得，因此更显可贵。
振动测试分析仪表，目前虽然主要是购买国外产品，但国内也能生产与Bently、DVF-2、TK-20、108、208的功能、主要指标和可靠性相当的产品，但重量和体积只有这些仪表1/8~1/6。
振动故障诊断，在上世纪80年代中，已查明了机组振动故障范围、相应特征、故障机理、分类方法，为正向推理诊断故障提供了重要依据。
目前由大量实践证明，采用正向推理诊断机组振动故障，其准确率可达80%以上。
转子和轴系平衡技术，经长期不断改进和完善，其关键技术已掌握，目前对于一般的轴系不平衡，一次加准的成功率可达90%，这不仅最大限度地减少了轴系平衡时机组起停次数，而且也为提高轴系平衡精度，提供了简单、有效的途径。
机组振动技术的发展，为机组安全运行提供了十分重要技术保证，也为现场提供了快捷、有效的消振技术，给现场带来十分可观的社会和经济效益。
二、振动监控和测试仪表制造技术不论是振动监控仪表，还是振动测试仪表制造，国内起步很落后，其发展经历了下列三个阶段：1、初期研制开发自上世纪70年代中到80年代中，国内虽有不少单位进行研制开发，也开过不少鉴定会，从这些研制的仪表性能、指标在当时都不低，但绝大部分都没有形成产品，其重要原因一方面是机构体制问题，更主要的是仪表可靠性没有过关。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在实验基础上系统地总结了弦线 振动的频率特征
1678年 1687年
胡克(Hooke,R) 发表的弹性定律 牛顿(Newton,I) 发表的运动定律
奠定了振动力学的 物性和物理基础
公元18世纪
1728年 1739年 1747年
欧拉（Euler,L)
☆ 建立并求解了单摆在有阻尼介质 中运动的微分方程
☆ 研究无阻尼简谐ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ迫振动，从理 论上解释了共振现象
公元16世纪
伽利略 （Galilei,G）
公元17世纪
惠更斯 （Huygens,C)
实验观测到弦线振动发出 的声音与弦线长度、直径 和张力的关系
记载了共振现象
发现了单摆的等时性并利 用其自由落体公式计算单 摆的周期
注意到单摆大幅摆动对等 时性的偏离 两只频率接近时钟的同步 化两类非线性现象
马兰.梅森 （Mersenne,M)
0-1 振动力学发展简史
振动现象的“利”与“害” 人类对振动现象的了解和利用有着漫长的历史
远古时期的先民们就有了利用振动发声的各种乐器。 音乐是成为人类展示情感的最佳表达方式之一。
Tacoma 吊桥
探险者一号卫星
振动落砂机
振动理论的发展简况
公元前6世纪
毕达哥拉斯 （Pythagoras）
《庄子》
环境预测 系统和响应
激励
振动问题的反问题
系统
确定性系统 随机性系统
常参量系统 变参量系统
振动系统
模型
离散系统 （有限自由度系统） 连续系统 （无限自由度系统）
方程
线性系统 非线性系统
振动形式
激励类型
固有振动 自由振动 受迫振动 自激振动 参数振动
响应类型
确定性振动 随机振动
简谐振动 周期振动 准周期振动 混沌振动
混沌振动：响应为时间的始终有限的非周期函数（往复非周期运动） （特点：对于确定性系统，对初始条件极为敏感；内禀随 机性；长期预测不可能性）
随机振动：响应为时间的随机函数
汤姆森（Thomson,W. 1950年)
将法莫的离散化计算频率方法发展为矩阵 形式，形成传递矩阵法
公元19世纪后期~20世纪
庞加莱 (Poincare,H.)
奠定了非线性振动1的理论基础 在1881~1886年的一系列论文中，讨论了二阶系统奇点的分类； 引入极限环概念、建立极限环存在判据、定义了奇点和极限环 指数、研究了分叉问题
工程问题的需求 必要
归属 振动力学
目标
发展 进步
测试技术 计算技术
力学分支
解决工程振动问题
基础 物理概念
工具 数学工具
数值计算
注入活力 学科交叉
测试技术
0-2 振动问题分类
激励 输入
系统
响应 输出
系统动力响应分析 激励和系统
响应
振动问题的正问题
系统识别 激励和响应
系统
振动问题的反问题
识别目标
系统的物理参数（质量、刚度、阻尼等） 物理参数识别 系统的动态特性参数（固有频率、模态等） 模态参数识别
拉格朗日 （Lagrange,J.L.)
欧拉 （Euler,L.)
伯努利 （Bernoulli,D.I)
采用无穷阶模态叠加方法得到弦 线振动的驻波解
☆ 从驻波解推得行波解(严格的数 学证明在1811年Fourier提出函 数的级数展开理论后完成)
☆ 建立了离散系统振动一般理论
研究梁的横向振动，导出不同边 界条件量的频率方程和模态函数
斯特罗克（Sturrock,P. 1957年)
1934年将慢变系数法发展为适用一般弱非 线性系统的平均法；1947年提出可求任意 阶近似解的渐进法
研究电等离子体非线性效应时用两个不同 尺度描述系统的解而提出多尺度法
非线性振动的研究使人们对振动的机制有了新的认识
1926年范德波尔研究了三级电子管回路的自激振动 自激振动 1932年邓哈托利用自激振动分析输电线的舞动问题
0-3 学习目的
“欲流之远者，必浚其泉源；求木之长者，必固其根本” 固本浚源
积累知识是学习的目的之一
发现问题 认识问题 解决问题
运用知识是学习的另一目的
归纳总结
发展丰富人类认识自然的能力
固有振动：无激励状态系统所有可能的运动集合 非现实振动 仅反映系统关于振动的固有属性
自由振动：初始激励消失后系统无激励情况下所作的振动 现实振动
1933年贝克的研究工作表明能源输入时干摩擦会导致自激 振动
混沌振动 运动具有随机性、对初始条件极为敏感；运动具有不可预测性
随机振动
大气湍流引起的飞机颤振 喷气噪声导致飞行器表面结构的声疲劳 火箭运载工具有效负载的可靠性 非确定性载荷的机械系统和结构的响应、稳定性和可靠性
转化 基础科学
基础 技术 科学 科学
林兹泰德（Lindstedt,A. 1883年)
解决了摄动法的久期项问题
达芬（Duffing,A. 1918年)
采用谐波平衡和逐次迭代法研究硬弹簧受迫振动
范德波尔（Van der Pol 1920年)
研究电子管非线性振荡提出慢变系数法
克雷洛夫(Крылов,Н.М.)
博戈留博夫(Боголюбов,Н.Н.)
☆ 对 n个等质量质点由等刚度弹簧 的连接系统列出微分方程并求出 精确解，从而发现系统振动时各 界简谐振动的叠加
1746年
达朗贝尔 (d’Alembert,J.le R)
采用偏微分方程描述弦线振动而 得到波动方程并求出行波解
1759年
1759年 1762年 1744年 1751年
伯努利 （Bernoulli,D.I)
受迫振动：系统在外界控制的激励作用下所作的振动
自激振动：系统在自身控制的激励（由其自身运动诱发出来的激励） 作用下所作的振动 一般情况下，系统包含有补充能量的振源
参数振动：以系统本身参数随时间变化激发的振动
简谐振动：响应为时间的简谐函数 周期振动：响应为时间的周期函数
准周期振动：若干个周期不可通约的简谐振动组合而成的振动
公元19世纪~20世纪
随着动力机械技术和航海运输的发展，振动力学得到了工程界的重视。然 而，由于实际工程结构的复杂性，难以得到问题的精确解。其间，各种近似计 算方法相继被提出。其代表人物有
瑞利（Rayleigh,J.W.S. 1873年)
基于能量法确定基频
里兹（Litz,W. 1873年)
基于瑞利法确定低阶固有频率
伽辽金（Галёркин,Б.Г. 1915年)
里兹法进一步推广确定固有频率
邓克莱（Dunkerley,S. 1894年)
多圆盘轴横向振动基频的计算方法
斯托德拉（Stodola,A. 1904年)
针对轴杆提出逐步近似计算方法，成为 矩阵迭代法的雏形
法莫（Frahm,H. 1902年)
计算船主轴扭振时提出离散化思想