汽车振动基础[精]
汽车振动基础7
(2.59)
a0 2k
当
代表着静平衡位置
a0 2
作用于系统上所产生的静变形
第2章 单自由度系统的振动 章
周期激励通过傅氏变换被表示成了一系列频率为基频 整数倍的简谐激励的叠加， 整数倍的简谐激励的叠加，这种对系统响应的分析被称为 谐波分析法。 谐波分析法。 例题2.18:一个弹簧质量单自由度振系 受到如图2.38 例题 一个弹簧质量单自由度振系,受到如图 一个弹簧质量单自由度振系 受到如图 所示的力幅为一个单位力的矩形周期函数的激励作用,求 所示的力幅为一个单位力的矩形周期函数的激励作用 求 系统的稳态强迫振动响应。 系统的稳态强迫振动响应。 解：因为f(t) 是奇函数所以 因为
f (t ) = f (t + T )
T为周期 为周期
记基频： 记基频： ω = 2π T
第2章 单自由度系统的振动 章
傅里叶级数展开： 傅里叶级数展开： a0 ∞ + ∑ (a j cos( jωt ) + b j sin( jωt )) f (t ) = 2 j =1 a0 = + a1 cos(ωt ) + a 2 cos(2ωt ) + ⋯ + b1 sin(ωt ) + b2 sin(2ωt ) + ⋯ 2 2 T a 0 = ∫ f (t )dt T 0 2 T a j = ∫ f (t ) cos( jωt )dt T 0 2 T b j = ∫ f (t ) sin( jωt )dt T 0
a0 = a j = 0
第2章 单自由度系统的振动 章
第一章 车辆振动引论
坐标设置
基本振动型式
基本振动型式
• 浮沉振动——车体沿Z轴方向所作的铅垂振动，在某一瞬间，车体各 点的铅垂位移相等，车体平行于原有的平衡位置，如图1—2（a）所 示； • 横摆振动——车体沿Y轴方向所作的横向振动，在某一瞬间，车体各 点的横向位移相等，车体平行于原有的平衡位置，如图1—2（b）所 示； • 伸缩振动——车体沿X轴方向所作的纵向振动，在某一瞬间，车体各 点的纵向位移相等，车体平行于原有的平衡位置，如图1—2（c）所 示； • 摇头振动——车体绕Z轴作幅角为±ψ的回转振动，如图1—2 (d)所示； • 点头振动——车体绕y轴作幅角为±φ的回转振动，如图l—2 (e)所示； • 侧滚振动——车体绕X轴作幅角为±θ的回转振动，如图1—2 (f)所示。
在研究车辆振动时，按以下几个方 向考虑
• 垂直振动： 因为浮沉与点头振动的组合发生在车体的纵向 铅垂平面XOZ内而称为垂直振动； • 横向振动： 车辆的摇头与滚摆 (横摆和侧滚的组合) 振动的 组合发生在水平平面XOY和车体横向铅垂平面 YOZ内而称为横向振动； • 纵向振动： 车辆的伸缩振动沿车体纵向产生而称为纵向振 动。
基本振动型式说明
一般车辆的前后转向架弹簧总刚度相等，左右 和前后载荷对称，此时上述六种振动中的浮沉、 伸缩、摇头和点头均能独立出现其振动型式，只 有横摆和侧滚不能独立出现而耦合成两种振动型 式：一种是振动轴在车体重心以下的车体下心 （一次）滚摆，如图1—2（g）所示，一种是振 动轴在车体重心以上的车体上心（二次）滚摆， 如图1—2（h）所示。 因此，车体就具有浮沉、伸缩、摇头、点头、 下心滚摆和上心滚摆六种振动型式。
第一章பைடு நூலகம்
车辆振动引论
第一节 车辆振动的基本概念与振动型式 前言: . 车辆是一个多自由度的振动系统。车辆在 运行中会产生复杂的振动现象， . 振动理论的研究和实践表明，车辆复杂的 振动是由若干基本型式的振动组合的结 果。
汽车振动基础6
解:偏心质量产生的离心惯性力 偏心质量产生的离心惯性力
F0 = mω e
2
它在垂直方向的分力即相当于垂直激振力
f (t ) = F0 sin ωt = meω sin ωt
2
系统的振动微分方程为
& M&& + cx + kx = f (t ) = meω sin ωt x
2
第2章 单自由度系统的振动 章
代入(2.48),消去 消去 代入
i ωt
e
i ωt
得复数频率响应函数为
p + i 2ξpω H (ω ) = 2 2 p − ω + i 2ξpω
2
p 2 + i 2ξpω H (ω ) = 2 p − ω 2 + i 2ξpω ( p 2 ) 2 + (2ξpω ) 2 1 + (2ξλ ) 2 H (ω ) = = 2 2 2 2 ( p − ω ) + (2ξpω ) (1 − λ2 ) 2 + (2ξλ ) 2
n 2 k λ = ,ξ = , p = p p m
1 k (1 − λ2 ) 2 + (2ξλ ) 2
ω
频率响应函数的模为
H (ω ) =
称为幅频特性
2ξλ 频率响应函数的相位角为 ψ = arctg 2 1− λ
称为相频特性
第2章 单自由度系统的振动 章
x c (t ) = H (ω ) f c (t )
& f (t ) = kx s + cx s
与前面单自由度振系运动微分方程 & m && + cx + kx = f (t ) x 相比
汽车振动学基础复习提要
汽车振动学基础复习提要第一章振动和机械振动的定义。
激励或输入、响应或输出的定义。
振动问题的分类。
机械振动的分类：其他的分类按激励情况分类：自由振动强迫振动按响应情况分类：简谐振动周期振动瞬态振动例题1.1 证明：单摆运动在5°以内可看成是简谐振动（线性振动）。
构成机械振动系统的基本元素有惯性、恢复性（弹性）和阻尼。
惯性就是能使物体当前运动持续下去的性质。
恢复性（弹性）就是能使物体位置恢复到平衡状态的性质。
阻尼就是阻碍物体运动的性质。
从能量的角度看，惯性是保持动能的元素，恢复性（弹性）是贮存势能的元素，阻尼是使能量散逸的元素。
惯性元件、弹性元件和阻尼元件是离散振动系统物理模型的三个最基本元件。
离散系统各元件的特征及其表示方法。
简谐振动定义。
P7 公式1-15两种常用的简谐振动表示方法。
叠加原理。
类似例题：1－2 一简谐运动，振幅为0.20 cm，周期为0.15 s，求最大的速度和加速度。
1－3 一加速度计指示结构谐振在82 Hz 时具有最大加速度50 g，求其振动的振幅。
1－4 一简谐振动频率为10 Hz，最大速度为4.57 m/s，求其振幅、周期和最大加速度。
类似例题：1－6 一台面以一定频率作垂直正弦运动，如要求台面上的物体保持与台面接触，则台面的最大振幅可有多大？类似例题：1－7 计算两简谐运动 x 1 = X 1 cos ω t 和 x 2 = X 2 cos (ω + ε ) t 之和。
其中 ε << ω。
如发生拍的现象，求其振幅和拍频。
1－8 将下列复数写成指数A e i θ 形式：(a) 1 + i 3 (b) -2 (c) 3 / (3 - i ) (d) 5 i (e) 3 / (3 - i ) 2 (f) (3 + i ) (3 + 4 i ) (g) (3 - i ) (3 - 4 i ) (h) [ ( 2 i ) 2 + 3 i + 8 ]第二章单自由度系统 自由振动 定义单自由度系统无阻尼自由振动运动微分方程及其解的表达形式静平衡位置 系统固有频率例 图示的直升机桨叶经实验测出其质量为m ，质心C 距铰中心O 距离为l 。
汽车振动学基础及应用课件：二自由度振动系统 -
x1 x2
2 i 1
r1i
xm
2,i
s
in(
ni
t
i
)
2 i 1
r1i
xm2,i
sin i
c os ni t
r1i
xm2,i
c os i
sin
ni t
2 i 1
C1,i
r1i
c
os
ni
t
C
2,i
r1i
s
in
ni
t
3.2無阻尼二自由度系統的振動
式中：C1,i xm2,i sin i , C2,i xm2,i cosi 是任意常數，由初始條件決定。
3.3 有阻尼二自由度振動系統
3.3.1對初始激勵的回應
當沒有激勵作用於二自由度阻尼系統時，式(3-3)變為以下形式：
M x Cx Kx 0
方程的通解為：x Aest 代入上式得：
(M s2 Cs K )A 0
A 有非零解的條件是： (M s2 Cs K) 0
展開得：M11M 22 s 4 (M11C22 M 22C11 )s3 (M11K 22 M 22 K11 C11C22 C122 )s 2 (C11K22 C22 K11 2C12 K12 )s K11K22 K122 0
振幅為 組，並將
和z10 ，z2則0 解為
z 1 z10 e j；t z 2 z20 e jt； 代入微分方程
k m2；02 k kt m1代t入2 上式，可得
(
0
2
(k /
2 m1 )z
)z
20
20
0 (t 2
2 z10
0 2 )z10
0
汽车振动学基础及应用课件：人体对振动的反应和路面输入 -
7.1 人體對振動的反應
圖7.2 人體坐姿受振模型
圖7.3 各振動分量的頻率加權函數
7.1 人體對振動的反應
對人體舒適性評價的計算方法還取決於峰值係數，其定義為頻率加權加速度 （weighted acceleration）的峰值與方均根值之比。ISO2631-1：1997（E） 標準規定，如果加權後的峰值係數＜9時，可直接採用總加權加速度方均根值 來評價振動對人體舒適和健康的影響。
（1）經典測量技術 （2）路面不平度測量儀 （3）非接觸式路面測量裝置
7.2 路面不平度的統計特性
通常實測所得的路面不平度（路面相對基準平面的高度）是沿道路走向長度的 變化函數，稱為路面不平度函數（圖7.6）。
圖7.6 路面不平度函數
7.2 路面不平度的統計特性
7.2.2 路面不平度的功率譜密度
加權振級 Law / dB
110 110～116
人的主觀感覺 沒有不舒適 有一些不舒適
1.5～1.0
114～120
相當不舒適
0.8～1.6
118～124
不舒適
1.25～2.5
112～128
很不舒適
>2.0
126
極不舒適
7.2 路面不平度的統計特性
7.2.1 路面不平度的測量
為了精確預測車輛對路面激勵輸入的回應，首先要做的工作就是對路面本身進 行恰當描述及表達。獲得路面特徵的唯一方法就是測量，有以下幾種測量技術 可供使用：
7.1 人體對振動的反應
根據求出的各軸向加速度方均根值，再根據表7.1給出的各軸向振動分量的加權 係數進行加權求和，就得出了總的加權加速度方均根值，即：
12
aw
(ki awi )2
1车辆振动基本概念
1车辆振动基本概念2轨道不平顺与车辆振动方程基本概念轨道不平顺由表观的几何不平顺和弹性不平顺组成，车辆低速通过轨道时间测得的准静态不平顺是这两种不平顺的合成。
当车辆在动态下快速通过轨道时，测得的轨道随机不平顺中将包含有动力作用下的弹性变形，称为动力不平顺。
轨道不平顺含有三种性质的基本组成：周期性、随机性、局部或单一性。
四种类型：轨道垂直不平顺（高低）：左右轨面高低不平顺的平均值Zv表示了左右轮轨垂直支承点的中心离线路名义中心的高低偏差，它是激起车辆产生垂向振动的主要原因，车体将因它产生浮沉和点头振动，并可使轮轨间产生过大的垂向动作用。
轨道水平不平顺：左右轮轨接触面的高度差所对应行程的夹角相对水平面的变化称为水平不平顺。
引起轨道车辆运行中摇头与滚摆的重要原因。
轨道方向不平顺：左右轮轨垂直接触面的纯滚线在横向的中心线距离设计值的偏移量。
引起轨道车辆运行时摇头与滚摆的重要原因。
轨距不平顺：左右两轨的轨距沿轨道长度方向上的偏差，影响刚轮钢轨的接触几何关系，对轨道车辆动力学性能也有一定的影响。
激起车辆振动的原因：收到外部激扰：轨道不平顺，空气，系统本身、刹车制动系统间的作用、牵引时纵向冲动随机性描述对轨道不平顺呈随机性质的，则需在频域中用功率谱密度表示。
有了不平顺的功率谱密度，就可以在频域中对线性系统轨道车辆在轨道上产生的随机响应进行求解。
轨道沿线路的不平顺基本是一个平稳随机的过程，一般表示为空间谱，他的波幅与波长都是随机变量，通常短波不平顺波幅小而长波不平顺波幅大。
实际运行时平顺中有时有波长相近的几个连续波组合，从而能使车辆在他们激励下产生类似共振的大幅度。
轨道不平顺的空间功率谱密度函数PSD，是描述轨道随机不平顺的重要的频域统计函数，通常会对足够长的线路路面实测或从轨检车检测的大量不平顺数据作统计以形成线路谱。
无论从维护目的评估线路，还是作为激振函数来计算新型车辆在线路上的响应并评价运行平稳性与安全性，建立轨道不平顺功率谱都很有必要。
汽车振动学基础及其应用
汽车振动学基础及其应用
汽车振动学是一种基于物理学原理的科学，它研究了汽车在运动过程中随时间而发生的振动和行为。
汽车振动学在汽车设计中占有重要地位，因为汽车结构不仅需要具有足够的强度、刚度和刚性，而且还要满足舒适性要求，使汽车能够在振动激励下正常运行。
汽车振动学研究了汽车在工况下的振动行为，并作出相应的控制处理。
它的基础是分析汽车的结构特性和振动特性，以及利用物理和数学方法来模拟汽车的振动状态并对其进行分析。
其主要内容包括汽车整体静力学分析、汽车静力学与振动性能分析、汽车振动控制等。
汽车振动学的应用用于汽车设计和改进，可以显著提高汽车的舒适性、动力性能和安全性能。
它的应用可以改善汽车的振动性、加速性和抖动性能，从而改善汽车在高速行驶时的行车平稳性和提高发动机的耐久性。
此外，汽车振动学还能够改善汽车的空气动力学性能，使汽车更加稳定、可靠。
汽车振动学基础及应用课程教学实践
AUTOMOBILE EDUCATION | 汽车教育1 引言现代汽车技术朝着智能化、电动化、网联化、共享化方向发展[1, 2]，人们对汽车智能化和电动化汽车的舒适性要求不断提高[3]，而汽车振动学是研究汽车舒适性的核心课程，因此，加强汽车振动学课程建设与实践对培养学生提升汽车新“四化”快速发展具有至关重要的意义[4]。
在车辆工程领域中，汽车振动学是智能车平顺性、电控悬架、产品开发等领域的重要工具，极大缩短了汽车产品的开发周期和研发成本。
因此，学习汽车振动学课程且熟练利用振动学理论解决汽车平顺性和舒适性工程实际问题的能力是车辆工程人才培养体系重要任务。
为提高汽车振动学课程的授课效果，同时针对专业认证要求，本文根据自身授课过程和心得体会，结合学生学习情况，优化理论教学，强调实践教学，更新教学内容，创新实践培养环节，重构汽车振动学理论教学与实践教学，提升学生利用振动学理论分析解决车辆工程振动问题的能力，服务安徽省十大新兴产业[5]。
2 汽车振动学课程教学中的问题剖析2.1 理论课环节汽车振动学课程理论矩阵分析、随机理论、理论力学、弹性力学、结构力学、数值计算、控制方法等多门课程的知识，学科交叉性强，对于车辆工程专业的本科生来讲，将数学方法应用到汽车振动学课程上时，造成学生知其然不知其所以然的学习状态，学生反应理论推导体系性不强，与实际工程不知如何结合，理论知识晦涩难懂，工程应用能力欠缺，学习积极性不高。
2.2 实践教学环节高校限制于实际情况和学生安全考虑，不开设汽车平顺性试验课程，学生只学习汽车振动学理论知识，不了解汽车振动试验标准和相关特性分析；部分高校开设的平顺性实践课，主要是用仿真软件分析汽车振动特性，主要是机械式模仿教材案例，缺乏汽车平顺性道路实践经验和数据采集处理能力，不能理论与实际相结合提出合理的解决方案。
2.3 课程考核环节课程考核涉及学生切身利益和反应学习效果，汽车振动学课程具有理论性和实践性都很强的特点，考核办法不宜仅采用传统卷面考核，同时，卷面考核无法反应学生的课程实践与汽车平顺性测试和数据分析的能力，而仅通过汽车平顺性试验考核办法无法反应学生理论知识掌握情况，学生培养效果不佳。
《汽车振动基础》课程教学大纲
《汽车振动基础》课程教学大纲一、课程基本信息课程类别：专业选修课适用专业：汽车车辆工程专业先修课程：汽车构造、汽车诊断与维修总学时：56学分：3二、课程教学目的与基本要求本课程主要任务是，学习汽车机械振动力学的基本理论和方法及分析振动问题的数学方法。
主要内容包括：单自由度系统的振动、两个自由度系统的振动、多自由度系统的振动，连续系统的振动，并介绍了求解特征值问题和系统响应的近似方法及数值计算方法，简要叙述了非线性振动和随机振动的基本概念和理论。
三、教学时数分配四、教学内容与要求第一章绪论（一）教学目的：理解机械振动的概念，了解振动系统研究方法，掌握振动的分类，会分析振动问题并提出解决方法。
（二）教学内容：1 基本要素 2 研究方法 3 分类和表示方法（三）重点：振动系统基本要素（四）难点：振动系统分类和表示方法第二章单自由度系统的振动（一）本章教学目的：理解单自由度系统的自由振动的概念，掌握单自由度系统的强迫振动，掌握汽车车身单自由度系统的振动。
（二）教学内容：1 自由振动 2 强迫振动 3 非简谐激励下的强迫振动4 汽车车身单自由度系统的振动（三）重点：单自由度系统的自由振动（四）难点：汽车车身单自由度系统的振动第三章二自由度系统的振动（一）教学目的：了解二自由度系统的运动微分方程，掌握无阻尼二自由度系统的振动，有阻尼二自由度振动系统和汽车的二自由度系统的振动。
（二）教学内容：1 二自由度系统的运动微分方程2 无阻尼二自由度系统的振动3 有阻尼二自由度振动系统4 汽车的二自由度系统的振动（三）重点：无阻尼二自由度系统的振动（四）难点：汽车的二自由度系统的振动第四章多自由度系统的振动（一）本章教学目的：理解多自由度振动系统的运动微分方程，掌握固有振型的正交性、模态坐标和正则坐标和汽车多自由度振动模型。
（二）教学内容：1 多自由度振动系统的运动微分方程2 固有振型的正交性、模态坐标和正则坐标3 多自由度系统的响应4 拉格朗日方程在振动分析中的应用5 汽车多自由度振动模型（三）重点：固有振型的正交性、模态坐标和正则坐标（四）难点：汽车多自由度振动模型第五章随机振动理论（一）教学目的：了解随机振动概述及随机振动的统计特性，线性振动系统的随机响应计算。
汽车振动基础2
结论:串联弹簧等效刚度的倒数等于各弹簧刚 度倒数之和 注意：与电工学上的电阻理论正好相反
第2章 单自由度系统的振动
2.1.1.2 组合弹簧系统的等效刚度 (2) 并联弹簧的等效刚度
k2 ke m m F F
k1
第2章 单自由度系统的振动
并联时两根弹簧的伸长量相同，所以弹性力
F k 1x B k 2 x B
解：原系统弹簧的弹性势能
1 2 U a k11 2
要转化的等效系统的弹性势能
1 2 U e ke 2 2
U a U e 1 i 2
2
ke i k1
第2章 单自由度系统的振动
2.1.2 等效质量 同等效刚度一样，在实际系统较复杂 时，可以用能量法来确定等效质量。根据 实际系统要转化的质量的动能与等效质量 动能相等原则来求等效质量，即 T T
第2章 单自由度系统的振动
等效质量、等效刚度——在工程上为便 于研究，常把一些较为复杂的振动系统进 行简化，以便当作运动坐标上只存在一个 质量和弹簧来处理，经简化后得到的质量 和刚度，分别称为原系统的等效质量和等 效刚度。
2.1.1 等效刚度
2.1.1.1 刚度k的定义
使系统的某点沿指定方向产生单位位 移（线位移或角位移）时，在该点同一 方向上所要施加的力（或力矩），就称 为系统在该点沿指定方向的刚度。
解：设摇臂的转角为θ，则A点处等效质量的速度 为
x a
A点处等效质量的动能 1 1 1 2 2 2 2 Te m A x m A (a ) m Aa 2 2 2 系统的动能为
1 2 1 1 ms 2 ) 2 Ta J mv (b ) ( )(b 2 2 2 3 1 1 2 2 ( J mv b m s b 2 ) 2 3
(整理)7车辆随机振动基础.
§9车辆随机振动车辆的随机振动实际上是车辆运行时的振动响应，这种响应主要是由于轨道不平顺的随机激励而引起的。
本章主要介绍随机振动以及相关的概念，以及单轴车模型在随机激励下响应的基本特征，初步了解车辆随机振动的分析计算方法和改善车辆运行平稳性的途径。
所讨论的是车辆系统，其结构和参数是对称的，因此垂向和横向的强迫振动响应是解耦的，可以分别独立研究。
对于机车而言，它产生振动的因素，除线路的构造和状态，轮对的构造和状态外，柴油机组和输助机组的构造和状态也会起到激扰作用（对柴油机）；电动机的构造和状态对电力机车也会起到激扰作用。
对车辆和机车的振动过程研究中，可在增加一组外力来反映这些作用。
第一节 随机过程的统计特性一、随机过程的统计特性1．随机过程的基本概念一切物理现象可分为两类：在给定的时间内能确定其物理变量的现象就称为确定性现象； 如 在一静止的车辆上置一激振器，以激起车体在弹簧装置上的振动，激励力是已知的简谐力t F F ωsin 0=，车体受激励而产生的振动规律由)sin()(0φω-=t x t x 来描述。
车体在任意时间t 的振幅和加速度都可由计算确定，这种振动称为确定性的振动，它由确定性的激励所引起。
反之在给定时间t 物理变量不能预先确定的现象称为随机现象。
如在任意时间t 的振动变量不能预先确定，而只能用概率统计的方法对其进行整体描述，这种振动称为随机振动。
在随机振动中的一些量如振幅和加速度称为随机变量。
随机变量是在随机试验的结果中能取到不同数值的量。
随机过程：不能用确定性函数来描述但具有一定统计特性的过程称为随机过程。
随机过程是一簇n 个随机变量的总集合。
其中任一个元素称为随机过程的样本。
振动的时间历程：以时间t横坐标，以振动量（位移、速度和加速度）为纵坐标的线图，常称为振动波形图。
在研究许多随机过程时通常作如下徦设：1）平稳性假设若一随机过程x（t）在任何时间t1时的概念统计规律与t1+τ时的一样，即过程的概率统计规律不因时间的推移而改变，则称x(t)为平稳随机过程；2）各态历经性徦设随机振动的统计特性是考虑全部子样而得到的。
汽车振动基础[精]
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发动机和传动系统、悬架系统、制动系统、转向系统、车身和车架
振动的危害
• 地震
– 地球表层的快速振动－－位移变化影响
• 车船振动（加速度影响）
– 车辆平顺性-座垫处振动加速度评价（加权加速度） – 0.315m/(s*s),没有不舒适 – 0.315—0.63，有一些不舒适 – 0.5—1.0, 比较不舒适 – 0.8—1.6，不舒适 – 1.25—2.5，很不舒适 – >2.0, 极不舒适
强壮的格蒂－－ 1950 今天的塔科马海峡大桥－－2007
卡门涡街（Kármán vortex street）
共振
卡门涡街是指流体绕过非流线形物体时，物体尾流左右两侧产生
的成对的、 交替排列的、旋转方向相反的反对称涡旋
英国渡桥电厂冷却塔 (1965)
1965年11月1日，英国渡桥电厂的8座冷却塔 在8级风中倒掉了3座．1973年9月27日，英国 Ardeer又在大风中倒掉了1座冷却塔。－－共 振
牛顿第二定律 F i m ir i= 0( i= 1 , 2 ,, n )
N
达朗贝尔（D’Alembert）原理（动静法）
(Fi miri)ri 0
i1
动力学普 遍方程
虚功原理（静动法，J.Bernoulli）
N
N
Fi ri fi ri 0
N
i1
i1
fi ri 0 理想约束
－－刚度（弹簧）
（1）弹簧是表示力与位移关系的元件。
（2）在力学模型中被抽象为无质量并具有线弹性的元件
直线位移的弹簧
大家思考一下扭转振动系统中，质 量作扭转运动时，力和相对位移关
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强壮的格蒂－－ 1950 今天的塔科马海峡大桥－－2007
卡门涡街（Kármán vortex street）
共振
卡门涡街是指流体绕过非流线形物体时，物体尾流左右两侧产生
的成对的、 交替排列的、旋转方向相反的反对称涡旋
英国渡桥电厂冷却塔 (1965)
1965年11月1日，英国渡桥电厂的8座冷却塔 在8级风中倒掉了3座．1973年9月27日，英国 Ardeer又在大风中倒掉了1座冷却塔。－－共 振
概论－－内容简介
1、振动及其研究的问题 在外力的作用下，弹性的机械或结构不仅产生刚体运动，还会产生由于自身
弹性而引起在平衡位置附近的微小往复运动，这种往复运动通常称为振动。 振 动所研究的问题通常分为振动分析、环境预测和系统辨识三类。 2、振动的分类及研究振动的一般方法
自由振动、受迫振动、简谐振动、周期振动、非周期振动、随机振动 理论分析法、实验研究法、理论与实验相结合的方法
日本核试验引起的地震
塔高122m, 钢筋混凝土结构
振动噪声的危害
• 消耗能量 • 对人体不良影响
生活、工作和 车辆噪声国内外均有法规
加以约束和控制
A声级(dB) 30－50 40－60 70以下 70－90 90略超
115以上
影响
后果
保证休息 保证脑力劳动 下限理想值
完全不使听力受损
保护健康听力 允许范围
• 对人体的影响（频率）
– 全身振动的生理反应
• 对机械结构
– 风吹桥垮 – 加工精度 – 驾驶稳定 – 瞄准精度 – 影响结构疲劳寿命
(1) Tacoma 峡谷大桥 (1940.7.1－－1940.11.07)
舞动的格蒂
(Barney Elliot,Harbine Monroe)
“猎风行动”——风洞试验
பைடு நூலகம்
虽然各个不同领域中的现象虽然各具特色，但往往有着相 似的数学力学描述。正是在这个共性基础上，有可能建立某种统 一的理论来处理各种振动问题。
借助数学、物理、实验和计算技术，探讨各种振动现象，阐 明振动的基本规律，以便克服振动的消极因素，利用其积极因素， 为合理解决各种振动问题提供理论依据。
学习振动理论的目的之一： 掌握振动的基本理论和分析方法，用以确定和限制振动对工程结 构和机械产品的性能、寿命和安全的有害影响。
汽车振动基础
授课对象：本科生 学科专业：车辆工程
序言
为什么要开设汽车振动这门课程？？
我国摆脱汽车制造 大国而非制造强国 的困境
顺应汽车向高速化 和轻量化发展趋势
振动噪声分析是进行大量汽车动态 性能分析的理论基础、汽车平顺性、 乘坐舒适性、发动机的减振隔振及 振动噪声控制、车身结构的模态分
析等
汽车振动是汽车行业必不可少的理论基础之一
– =>9.8呢，会是什么现象？
• 机床振动－－降低机床的精度，产生误动作，影响其性能 • 机械噪声－－纺织厂工人耳聋耳背、钻孔机、打桩机、导振器等 • 遇到气流时飞行中的飞机－－气流引起的共振导致飞机折翼 • 遇到海浪时航行中的轮船－－海浪引起的共振引起轮船断裂
• 导弹遇到空气流引起的振动－－会影响导弹的命中率
振动系统的“激励”一般是外界对系统的作用，它可能是力，也可能是位移。而 “响应”则一般是系统的变形、位移、速度或加速度。
振动研究的问题（2）
–几大方面
• 振动隔离
在振动源不可能完全消除的情况下，研究如何减小振动对结构的影响。
– 发动机悬置隔振 – 汽车悬架隔振作用
• 在线控制
减小汽车在不平路面上行使时传给 车身的振动
工作不舒服、 但不痛苦
经过休息可以恢复，但长期暴 露会产生永久性听力损失
噪声评 价
强噪声
痛苦
会产生不可恢复的永久性听力 过强噪
损失
声
利用振动为人类服务
– 声音
• 想一下世界上没有声音会怎么样？ • 大家想一下耳膜和声带不振动将带来的后果是什么？
– 利用振动的工作装置
• 钟表 • 振动压路机 • 混凝土导振器 • 手机振动装置 • 振动筛 • 上课老师听不到而学生听得到的手机响铃？
3、简谐振动、谐波分析及频谱分析 4、汽车上的振动问题
发动机和传动系统、悬架系统、制动系统、转向系统、车身和车架
振动的危害
• 地震
– 地球表层的快速振动－－位移变化影响
• 车船振动（加速度影响）
– 车辆平顺性-座垫处振动加速度评价（加权加速度） – 0.315m/(s*s),没有不舒适 – 0.315—0.63，有一些不舒适 – 0.5—1.0, 比较不舒适 – 0.8—1.6，不舒适 – 1.25—2.5，很不舒适 – >2.0, 极不舒适
主要参考资料
［1］靳晓雄，张立军，江浩. 汽车振动分析[M]. 同济大 学出版社. 2002.05
［2］吴业森，罗明廉. 随机振动. 机械工业出版 社. 1988
［3］盛骤，谢式千，潘永毅. 概率论与数理统计. 高等教育出版社. 1996.3
主要讲述内容
• 概述 • 单自由度系统的振动 • 两自由度系统的振动 • 多自由度系统的振动 • 随机振动 • 汽车振动应用与实践
振动研究的问题（1）
对于一般的振动系统问题，可以用下图所示的框图来说明，振动系统 是指所研究的振动对象。
输入 激励f(t)
振动系统 h(t)
输出 响应x(t)
振动系统：以实现一定的机械运动、输出一定的机械能，以及承受一定的机械载 荷为目的的系统。可以是一个零部件、一台机器或者一个完整的工程结构等
振动系统的输入和输出，往往又分别称为“激励”和“响应”。输入或激励是表 示初始干扰和激振力等外界因素对系统的作用。输出或响应是指系统在输入或外激励 作用下所产生的动态响应。
– 石油勘探 – 隧道地质环境勘测
的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、 阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验 分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分
利用振动信号监测设备工作状态，诊断故障。
－ 对发动机故障进行的振动监测和诊断
• 振动设备和工具开发
利用振动原理，研究和开发新型的振动源和振动工具。
－ 地下钻孔机利用振动来松动土层，减小阻力，提高钻孔效率
• 振动响应分析
对系统进行振动响应分析，研究其的动态性能。
– 汽车平顺性分析
模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统 辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构