机械振动基础
机械振动基础和工程应用 书籍
机械振动基础和工程应用书籍
以下是两本关于机械振动基础和工程应用的书籍推荐：
1. 《机械振动基础》（Foundation of Mechanical Vibrations）作者：[美] Singiresu S. Rao 著，李欣业等译
- 推荐原因：本书是机械振动领域的经典教材，内容涵盖了振动的基本概念、振动系统的数学建模、自由振动、受迫振动、振动控制等方面。
作者通过大量实例和图示，深入浅出地讲解了机械振动的基本理论和工程应用。
2. 《机械振动：分析、测试、建模与控制》（Mechanical Vibrations: Analysis, Measurement, Modeling, and Control）作者：[美] Singiresu S. Rao 著，贾启芬等译 - 推荐原因：本书在《机械振动基础》的基础上，进一步介绍了振动分析、测试、建模和控制的方法和技术。
书中还提供了丰富的工程实例，帮助读者将理论知识应用到实际工程问题中。
这两本书都非常适合机械工程、振动工程、力学等相关专业的学生、教师和工程师阅读。
它们不仅可以作为教材使用，也可以作为参考书籍帮助读者深入理解机械振动的基础知识和工程应用。
机械振动基础
机械振动基础1. 引言机械振动是工程中一个重要的概念，在各种机械设备中都会出现振动现象。
了解机械振动的基础知识对于设计、分析和维护机械系统都至关重要。
本文将介绍机械振动的基本概念、分类以及振动分析的方法。
2. 机械振动的概念机械振动是指机械系统中物体在某一参考点附近以往复运动的方式进行振荡。
振动可由外力引起，也可由机械系统本身的结构、弹性特性或制动装置等因素引起。
机械振动可分为自由振动和受迫振动两种形式。
自由振动是指机械系统在无外力作用下，自身的动力系统引起的振动。
受迫振动是指机械系统在外力作用下，强制性地以某种频率进行振动。
3. 机械振动的分类根据振动的特性和产生机制，机械振动可分为以下几类：3.1 自由振动自由振动是机械系统在无外力作用下，由于初位置、初速度或初形状等因素引起的振动。
在自由振动中，机械系统会按照一定的频率（固有频率）和振幅进行振动，直至最终停止。
3.2 受迫振动受迫振动是机械系统在外力作用下进行的振动。
外力的作用可能是周期性的，也可能是随机的。
受迫振动的频率与外力的频率相同或有一定的关系。
3.3 维持振动维持振动是指机械系统中某个部件受到外力作用后，振动会持续存在，没有衰减的现象。
维持振动往往是由于机械系统的频率与外力频率非常接近或相同。
3.4 阻尼振动阻尼振动是指机械系统在振动过程中，由于能量的损耗而逐渐减小振幅的过程。
阻尼可以分为线性阻尼和非线性阻尼两种形式。
4. 振动分析方法为了对机械系统中的振动进行分析和评估，需要采用相应的振动分析方法。
以下是几种常用的振动分析方法：4.1 振动传感器振动传感器是用来检测机械系统中的振动信号的装置。
常用的振动传感器包括加速度传感器、速度传感器和位移传感器等。
这些传感器能够测量机械系统中的振动信号，并将其转化为电信号供后续分析。
4.2 频域分析频域分析是一种将时域信号转换为频域信号的方法。
通过对振动信号进行傅里叶变换等数学处理，可以将振动信号转化为频谱图并分析其中的频率成分和幅值。
机械振动学基础知识振动系统的阻尼模态分析
机械振动学基础知识振动系统的阻尼模态分析机械振动学是研究物体在受到外力作用下产生的振动现象的学科，涉及到机械工程、土木工程、航空航天工程等领域。
振动系统的阻尼模态分析是机械振动学中一个重要的研究方向，通过对振动系统的阻尼特性和模态特性进行分析，可以更好地理解系统的振动行为，为系统的设计和优化提供理论支持。
阻尼是振动系统中的一种能量损耗机制，它通过阻尼器将系统振动能量转化为热能或其他形式的能量耗散出去。
振动系统的阻尼可以分为线性阻尼和非线性阻尼两种。
线性阻尼是指振动系统的阻尼力与速度成正比，常见于摩擦力和液体阻尼等。
非线性阻尼则是指振动系统的阻尼力与速度的平方或更高次幂相关，常见于气体阻尼和某些复杂系统中的耗能机制。
在振动系统的阻尼模态分析中，首先需要确定系统的动力学方程。
这通常是通过应用运动方程和力学平衡原理得到的，其中考虑了系统的质量、刚度、阻尼等因素。
然后可以通过对系统的特征值问题进行求解，得到系统的固有频率和模态形式。
在实际工程中，通常会采用数值模拟或实验测试的方法来确定系统的振动特性。
阻尼模态分析的结果可以帮助工程师深入了解系统的振动特性，包括固有频率、模态形式、阻尼比等参数。
通过分析这些参数，可以评估系统的稳定性、安全性和性能表现，为系统的设计和改进提供依据。
此外，阻尼模态分析还可以指导系统的故障诊断和故障分析，帮助工程师解决振动问题和改善系统的运行效果。
总的来说，机械振动学基础知识中的振动系统阻尼模态分析是一个复杂而重要的内容，它深刻影响着工程领域的发展和进步。
通过对振动系统阻尼特性和模态特性的研究，可以更好地理解系统的振动行为，提高系统的性能和可靠性，从而推动机械工程领域的发展。
机械振动基础
第4章 机械振动基础4-1 图示两个弹簧的刚性系数分别为k 1 = 5 kN/m ，k 2 = 3 kN/m 。
物块重量m = 4 kg 。
求物体自由振动的周期。
解：根据单自由度系统自由振动的固有频率公式 mk =n ω 解出周期 nπ2ω=T图（a ）为两弹簧串联，其等效刚度 2121eq k k k k k +=所以 )(2121n k k m k k +=ω2121n)(π2π2k k k k m T +==ω代入数据得s 290.0300050003000)4(5000π2=⨯+=T图（b ）为两弹簧串联（情况同a ） 所以 T = 0.290 s图（c ）为两弹簧并联。
等效刚度 k eq = k 1 + k 2 所以 mk k 21n +=ω21nπ2π2k k mT +==ω代入数据得 T = 0.140 s图（d ）为两弹簧并联（情况实质上同（c ））。
所以 T = 0.140 s4-3 如图所示，质量m = 200 kg 的重物在吊索上以等速度v = 5 m/s 下降。
当下降时，由于吊索嵌入滑轮的夹子内，吊索的上端突然被夹住，吊索的刚度系数k = 400 kN/m 。
如不计吊索的重量，求此后重物振动时吊索中的最大张力。
解：依题意，吊索夹住后，重物作单自由度自由振动，设振幅为A ，刚夹住时，吊索处于平衡位置，以平衡位置为零势能点，当重物达到最低点时其速度v = 0。
根据机械能守恒，系统在平衡位置的动能与最低点的势能相等。
即 T max = V max 其中 2max 2v m T = ， 2max 21kA V =v km A =吊索中的最大张力 mk v mg kA mg F +=+=max 代入数据得 kN 7.461040020058.92003max =⋅⋅+⋅=F4-5 质量为m 的小车在斜面上自高度h 处滑下，而与缓冲器相碰，如图所示。
缓冲弹簧的刚性系数为k ，斜面倾角为θ。
机械振动学基础知识振动系统的阻尼比与振动响应
机械振动学基础知识振动系统的阻尼比与振动响应机械振动学是研究物体在受到外力作用时发生振动运动的学科。
在机械振动学中，振动系统的阻尼比是一个重要的物理量，它与振动系统的阻尼特性密切相关，影响着振动系统的动态响应。
本文将介绍振动系统的阻尼比与振动响应之间的关系，帮助读者深入理解机械振动学的基础知识。
1. 阻尼比的定义阻尼比是描述振动系统阻尼特性的重要参数，通常用ζ表示。
阻尼比的定义是振动系统的阻尼比与系统的固有频率之比，即ζ = c/(2√mk)，其中c为系统的阻尼系数，m为系统的质量，k为系统的刚度。
阻尼比的大小决定了振动系统的阻尼特性，分为无阻尼、临界阻尼和过阻尼三种情况。
2. 阻尼比对振动系统的影响阻尼比的大小对振动系统的动态响应有着重要的影响。
在阻尼比为零时，振动系统是无阻尼的，并且会出现共振现象，即系统的振动会无限增长。
在阻尼比为1时，系统处于临界阻尼状态，振动系统的响应速度最快，但是振幅最小。
而在阻尼比大于1时，系统处于过阻尼状态，振动会很快消减，系统会很快趋于平衡。
3. 阻尼比与振动响应阻尼比与振动响应之间存在着紧密的联系。
在实际工程中，振动系统的阻尼比需要根据系统的工作条件和要求来确定。
如果要求系统的振动响应快速衰减，可以选择较大的阻尼比；如果要求系统的振动稳定，可以选择较小的阻尼比。
综上所述，阻尼比是机械振动学中一个重要的参数，它影响着振动系统的动态响应。
通过合理选择阻尼比，可以使振动系统在工作过程中达到更好的性能和稳定性。
希望本文能帮助读者更好地理解振动系统的阻尼比与振动响应之间的关系，为工程实践提供参考依据。
机械振动基础课后习题答案
机械振动基础课后习题答案1. 简谐振动的特点是什么？简述简谐振动的基本方程。
答：简谐振动是指振动系统在无外力作用下，自身受到弹性力作用而产生的振动。
其特点有以下几点：振动周期固定、振幅不变、振动轨迹为正弦曲线。
简谐振动的基本方程为x = A*cos(ωt + φ)，其中x为振动的位移，A为振幅，ω为角频率，t为时间，φ为初相位。
2. 简述自由振动、受迫振动和阻尼振动的区别。
答：自由振动是指振动系统在无外力作用下，自身受到弹性力作用而产生的振动。
受迫振动是指振动系统在外力作用下，产生与外力频率相同的振动。
阻尼振动是指振动系统在有阻尼力作用下，产生的振动。
三者的区别在于外力的有无和阻尼力的存在与否。
3. 什么是振动的自由度？简述单自由度振动和多自由度振动的特点。
答：振动的自由度是指描述振动系统所需的独立坐标的个数。
单自由度振动是指振动系统所需的独立坐标只有一个，可以用一个坐标来描述整个振动系统。
多自由度振动是指振动系统所需的独立坐标大于一个，需要多个坐标来描述整个振动系统。
单自由度振动的特点是简单、容易分析，而多自由度振动具有更复杂的动力学特性。
4. 简述振动系统的自然频率和强迫频率。
答：振动系统的自然频率是指系统在无外力作用下自由振动时的频率。
自然频率只与系统的质量、刚度和几何形状有关。
强迫频率是指系统在受到外力作用下振动的频率。
强迫频率可以是任意频率，与外力的频率相同或不同。
5. 什么是共振？简述共振现象的发生条件。
答：共振是指振动系统在受到外力作用下，当外力的频率接近系统的自然频率时，振动幅度达到最大的现象。
共振现象发生的条件包括：外力的频率接近系统的自然频率，外力的幅度足够大，系统的阻尼较小。
6. 简述振动系统的阻尼对振动的影响。
答：阻尼对振动有以下几种影响：阻尼可以减小振幅，使振动逐渐衰减；阻尼可以改变振动的频率，使其偏离自然频率；阻尼可以引起相位差，使振动的相位发生变化。
7. 什么是振幅衰减？简述振幅衰减的特点。
机械振动学总结全
机械振动学总结 第一章 机械振动学基础第二节 机械振动的运动学概念第三节机械振动是种特殊形式的运动。
在这运动过程中，机械振动系统将围绕其平衡位置作往复运动。
从运动学的观点看，机械振动式研究机械系统的某些物理量在某一数值近旁随时间t 变化的规律。
用函数关系式来描述其运动。
如果运动的函数值，对于相差常数T 的不同时间有相同的数值，亦即可以用周期函数来表示，则这一个运动时周期运动。
其中T 的最小值叫做振动的周期，Tf 1=定义为振动的频率。
简谐振动式最简单的振动，也是最简单的周期运动。
一、简谐振动物体作简谐振动时，位移x 和时间t 的关系可用三角函数的表示为式中：A 为振幅，T 为周期，ϕ和ψ称为初相角。
如图所示的正弦波形表示了上式所描述的运动，角速度ω称为简谐振动的角频率简谐振动的速度和加速度就是位移表达式关于时间t 的一阶和二阶导数，即可见，若位移为简谐函数，其速度和加速度也是简谐函数，且具有相同的频率。
因此在物体运动前加速度是最早出现的量。
可以看出，简谐振动的加速度，其大小与位移成正比，而方向与位移相反，始终指向平衡位置。
这是简谐振动的重要特征。
在振动分析中，有时我们用旋转矢量来表示简谐振动。
图P6旋转矢量的模为振幅A ，角速度为角频率ω若用复数来表示，则有)sin()cos()(ψωψωψω+++==+t jA t A z Ae z t j用复指数形式描述简谐振动，给计算带来了很多方便。
因为复指数t j e ω对时间求导一次相当于在其前乘以ωj ，而每乘一次j ，相当于有初相角2π。
二．周期振动满足以下条件：1)函数在一个周期内连续或只有有限个间断点，且间断点上函数左右极限存在；2)在一个周期内，只有有限个极大和极小值。
则都可展成Fourier 级数的形式，若周期为T 的周期振动函数，则有式中22n n n b a A += nn n b a =ψt a n 三、简谐振动的合成一、同方向振动的合成1.俩个同频率的简谐振动)sin(222ψω+=t A x ，)sin(2222ψω+=t A x它们的合成运动也是该频率的简谐振动2.俩个不同频率振动的合成若21ωω≤，则合成运动为若21ωω≥ ，对于A A A ==21 ,则有上式可表示为二、两垂直方向振动的合成1.同频率振动的合成如果沿x 方向的运动为沿y 方向的运动为2不同频率振动的合成对于俩个不等的简谐运动它们的合成运动也能在矩形中画出各种曲线。
机械振动学基础知识振动系统的线性与非线性模拟
机械振动学基础知识振动系统的线性与非线性模拟机械振动学是力学的一个分支，主要研究物体在外力作用下的振动规律。
振动系统是机械振动学中的一个重要概念，它由质点（或刚体）、弹簧、阻尼器等元件组成。
振动系统可以分为线性和非线性两类，本文将从基础知识入手，探讨振动系统的线性和非线性模拟方法。
1.线性振动系统线性振动系统是指系统的运动方程为线性方程的振动系统。
“线性”即指系统的运动方程满足叠加原理，具有相对简单的动力学特性。
线性振动系统的模拟方法多为以二阶常微分方程为代表的系统状态空间方程，通过求解状态空间方程可以得到系统的时间响应和频率响应。
2.非线性振动系统非线性振动系统是指系统的运动方程为非线性方程的振动系统。
“非线性”即指系统的运动方程不能直接叠加或比例，并且系统的动力学特性较为复杂。
非线性振动系统的模拟方法相对复杂，通常需要采用数值模拟、仿真等方法进行分析。
3.模拟方法比较线性振动系统的模拟方法相对直观简单，在处理简单振动问题时具有一定的优势。
通过求解线性微分方程可以得到系统的精确解，便于分析系统的稳定性和响应特性。
而非线性振动系统的模拟方法更多依赖于数值计算，需要考虑系统的各种非线性因素，如摩擦、接触、非线性弹簧等，对于系统的建模和仿真要求较高。
4.实际应用在工程实践中，振动系统的模拟对于设计和分析振动系统具有重要意义。
在设计机械结构、振动降噪、控制系统等领域，振动系统的模拟可以帮助工程师预测系统的振动响应，指导系统的优化设计。
通过模拟线性和非线性振动系统，工程师可以更好地理解系统的动力学行为，提高设计效率和准确性。
5.结语通过对机械振动学基础知识振动系统的线性与非线性模拟的讨论，我们可以看到线性振动系统与非线性振动系统在模拟方法上的差异和优劣势。
在实际工程应用中，我们需要根据具体问题的要求选择合适的模拟方法，以实现系统的稳定性、准确性和性能优化。
振动系统的模拟研究将持续深入，为机械工程领域的发展和进步提供强有力的支持。
机械振动学基础知识振动系统的瞬态响应分析
机械振动学基础知识振动系统的瞬态响应分析引言机械振动学是研究物体在受到外力作用时产生的振动现象以及振动特性的一门学科。
振动系统在受到外部激励时会产生瞬态响应，瞬态响应是指系统在初始时刻受到外部干扰后，振动幅值和相位都发生变化的过程。
了解振动系统的瞬态响应对于分析系统的动态特性和设计控制策略至关重要。
一、单自由度系统的瞬态响应分析单自由度系统是机械振动学中最基本的振动系统之一，通常由质点和弹簧-阻尼器构成。
在受到外部激励时，单自由度系统的瞬态响应可以通过拉普拉斯变换等方法进行分析。
振动系统的瞬态响应主要包括自由振动和受迫振动两种情况，其中自由振动是指在没有外部激励的情况下系统的振动响应，而受迫振动是指在受到外部激励时系统的振动响应。
二、多自由度系统的瞬态响应分析多自由度系统是由多个质点和弹簧-阻尼器构成的振动系统，具有更加复杂的动力学特性。
在受到外部激励时，多自由度系统的瞬态响应需要通过矩阵计算等方法进行分析。
多自由度系统的振动模态是研究系统振动特性的重要方法，通过振动模态分析可以得到系统的固有频率和振动模型。
三、瞬态响应分析在工程应用中的意义瞬态响应分析在工程实践中具有重要的应用意义，可以帮助工程师了解系统在受到外部干扰时的振动特性，并设计合适的控制策略。
工程领域中的许多振动问题都需要进行瞬态响应分析，例如建筑结构的地震响应、风力作用下桥梁的振动响应等。
结论机械振动学是一门研究物体振动现象和振动特性的重要学科，瞬态响应分析是分析振动系统动态特性的关键方法。
通过对振动系统的瞬态响应进行深入研究，可以更好地理解系统的振动机制，为工程实践提供重要参考依据。
我们需要不断深化对振动系统的瞬态响应分析，推动机械振动学领域的进步与发展。
机械振动基础期末考试卷
机械振动基础期末考试卷题目：机械振动基础期末考试卷一、选择题1. 机械振动的定义是什么？a. 物体在响亮的声音中发生摆动b. 物体在倾斜的表面上运动c. 物体在平衡位置附近的来回运动d. 物体围绕一个固定点旋转答案：c. 物体在平衡位置附近的来回运动2. 什么是自由振动？a. 机械振动源自外力的作用b. 物体在空气中飘浮运动c. 没有外界干扰下的振动d. 物体受到弹簧的牵引答案：c. 没有外界干扰下的振动3. 以下哪个量不是描述振动速度的？a. 频率b. 振幅c. 距离d. 波长答案：c. 距离4. 当一个物体受到周期性外力作用时，发生受迫振动，这类振动的特点是？a. 振幅不固定b. 振动频率与外力频率一致c. 没有固定的平衡位置d. 振动不受外力干扰答案：b. 振动频率与外力频率一致5. 振幅越大，振动的能量越大，对吗？a. 对b. 错答案：a. 对二、简答题1. 什么是简谐振动？简谐振动的特点是什么？答案：简谐振动是指物体受到恢复力作用，并且恢复力与位移成正比的振动。
简谐振动的特点包括振幅恒定、周期固定、频率稳定、能量守恒等。
2. 请简要说明自由振动和受迫振动的区别？答案：自由振动是物体在没有外界干扰下的振动，由初始位移和初速度决定。
受迫振动是物体受到外界周期性力作用导致的振动，振动频率与外力频率一致。
三、计算题1. 一个简谐振动的物体质量为2kg，弹簧劲度系数为100N/m，振幅为0.1m，求振动的周期。
答案：振动周期T = 2 * π * sqrt(m / k)其中，m = 2kgk = 100N/mT = 2 * π * sqrt(2 / 100)T ≈ 0.89s2. 一根弹簧的振动频率为10Hz，质量为0.5kg，求弹簧的劲度系数是多少？答案：振动频率f = 1 / 2π * sqrt(k / m)其中，f = 10Hzm = 0.5kgk = ?k = (2πf)^2 * mk = (2π*10)^2 * 0.5k = 628N/m以上为机械振动基础期末考试卷的答案，请同学们核对自己的答案，祝顺利通过考试！。
机械振动基础
其中： B0 F0
K n
——静变位
c ——阻尼比 n 2 mK
——频率比 n
§2.4 机械系统的强迫振动响应
2.4.1 简谐激励下的强迫振动 振动特性分析：
1. 系统在简谐激振力作用下的强迫振动是与激 振力同频率的简谐振动； 2. 强迫振动的振幅和相位差都只取决于系统本身 的物理性质和激振力的特性，而与初始条件无关，初 始条件只影响瞬态振动；
§2.1 振动概述
2.1.1 机械振动及其分类
定义：受外界条件的影响，机械系统围绕其平衡位置 做往复运动。 输 入(Input) 激 励(Excitation) 1) 2) 3) 输 出(Output) 响 应(Response)
系
统
推断系统的传递特性。(系统辨识) 推断导致该输出的输入量。 (反求) 推断和估计系统的输出量。(预测)
二、振动系统力学模型三要素
3. 阻尼：在振动、冲击和噪声领域主要有：
→ 粘性阻尼（线性阻尼）；
→ 干摩擦阻尼（库伦阻尼）； → 结构阻尼（材料内阻）。
§2.3 机械系统的自由振动响应
2.3.1 自由振动的响应分析 一、无阻尼自由振动 1、直线振动 振动微分方程的标准形式： 其解为：
x x 0
→ 单自由度系统的振动；
→ 多自由度系统的振动；
→ 弹性体振动。
4. 按描述系统的微分方程分类：
→ 线性振动；
→ 非线性振动。
§2.1 振动概述
2.1.1 机械振动及其分类
5. 按振动位移的特征分类：
→ 扭转振动；
→ 直线振动。 6. 按频率范围分类： → 低频振动（ <1KHz ）；
→ 中频振动（ 1~10KHz ）；
机械振动学基础知识自由振动与受迫振动的区别
机械振动学基础知识自由振动与受迫振动的区别机械振动学是研究物体振动运动规律的学科，对于工程领域来说具有重要的理论和应用价值。
振动可分为自由振动和受迫振动两种形式，在机械振动学中占据着重要地位。
本文将重点讨论自由振动与受迫振动在机械振动学中的区别和特点。
自由振动是指物体在没有外界干扰的情况下，由于受到初位移或初速度等初值条件的影响而产生的振动运动。
在自由振动中，振动系统不受到任何外界力或阻尼的作用，只受到内部的约束和刚度影响。
振动系统在某一时刻的位移、速度和加速度完全由其初始条件所决定，对于稳定自由振动系统，其振动幅度和频率均为固定值。
自由振动的周期性和固有频率是其最显著的特点。
与自由振动相对应的是受迫振动，受迫振动是指振动系统受到外界力的作用而产生的振动运动，外力的作用可能是周期性的、阶跃性的或随机的。
在受迫振动中，振动系统在外力作用下会出现共振、超共振或者谐波等现象，其振动特性取决于外力的性质和频率。
受迫振动常常是工程实际中的典型情况，例如机械传动系统中的激振力和振动干扰。
自由振动与受迫振动的区别主要体现在以下几个方面：首先，自由振动系统在无外力或阻尼的情况下只受内部约束和刚度的作用，其振动特性完全由初始条件决定，而受迫振动系统则受到外界力的干扰，振动特性取决于外力的频率和振幅。
其次，自由振动系统的振幅和频率是固定的，受迫振动系统的振幅和频率可能会随着外力的变化而改变，从而呈现出不同的振动特性。
再次，自由振动系统在没有外力作用时能够保持稳定的振动状态，其振幅和频率保持不变，而受迫振动系统在外力作用下可能出现共振、超共振或者谐波等现象，振动特性可能发生改变。
总的来说，自由振动和受迫振动在机械振动学中都具有重要的理论意义和应用价值，深入理解它们之间的区别和特点对于振动系统的建模和分析具有重要意义。
通过研究和掌握自由振动与受迫振动的区别，可以更好地应用机械振动学知识解决工程实际中的振动问题，提高实际工程的可靠性和稳定性。
机械振动学基础知识非线性振动系统的分析与控制
机械振动学基础知识非线性振动系统的分析与控制机械振动学是研究物体在受到外力作用时产生的振动现象的学科。
振动是一种普遍存在于自然界和人造系统中的现象，对于机械系统的设计、分析和控制具有重要意义。
在机械系统中，振动可以分为线性振动和非线性振动两种类型。
本文将着重介绍非线性振动系统的基本原理、分析方法以及控制技术。
一、非线性振动系统的基本原理非线性振动系统是指系统的振动特性不遵循线性原理，即系统的振动方程中包含非线性项。
非线性振动系统的特点包括：振幅对应力的关系非线性、振动频率与振幅之间存在非线性关系、振动系统存在多个共振点等。
非线性振动系统的振动行为通常更为复杂，但也包含了更多的信息。
二、非线性振动系统的分析方法针对非线性振动系统，常用的分析方法包括：周期摆动法、受迫振动法、Poincaré映射法、Lyapunov指数法等。
周期摆动法是研究非线性振动系统解的定性行为的基本方法，通过对周期解进行分析，得到系统的相图。
受迫振动法是研究系统在外力作用下的振动响应，通过将外力视作驱动力进行分析。
Poincaré映射法是一种针对周期性外激励的分析方法，可用于研究系统的稳定性和周期解。
Lyapunov指数法是评估系统稳定性和混沌性质的方法，通过计算Lyapunov指数来描述系统的演化规律。
三、非线性振动系统的控制技朧针对非线性振动系统，常用的控制技术包括：PID控制、滑模控制、自适应控制等。
PID控制是一种基础的控制技术，通过调节比例、积分和微分系数来控制系统的稳定性和响应速度。
滑模控制是一种鲁棒性控制技术，通过设计滑模面来实现系统的稳定控制。
自适应控制是根据系统动态特性自适应调整控制器参数的技术，能够适应系统的变化和不确定性。
结语：非线性振动系统是机械振动学领域的重要研究内容，对于提高系统的性能和稳定性具有重要意义。
通过深入理解非线性振动系统的基本原理、分析方法和控制技术，可以有效地提高系统的运行效率和安全性。
振动和波的基础知识
1.机械振动：（1）：机械振动即物体或物体的一部分在某一中心位置两侧所做的往返的运动（2）：回复力F 回：指向“平衡”位置的合力叫回复力（3）：振动位移x ：都以“平衡”位置为位移的起点（4）：振幅A ：振动物体离开“平衡”位置的最大距离,振幅越大,振动的能量就越大（5）：振动的周期T ：指完成一次全振动的时间；周期表示振动的快慢,周期小表示振动的快（6）：振动的频率f ：指单位时间内完成振动的次数；频率大,表示振动的快;单位为：赫兹Hz（7）：T=f 1；振动的周期T 的大小与振幅的大小无关：对于同一个振动系统,当振动的振幅变大时,其周期将保持不变,所以物体振动的周期又叫固有周期（8）:平衡位置：振动的中心位置,是假冒的“平衡”,F 合不一定为0,如：单摆的“平衡”位置的加速度为：022≠==⇒==m F R v R v a m F F 指向圆心的合力向心向心指向圆心的合力2：简谐振动： 1：回复力F 回和位移x 成正比,但它们的方向相反；F 回＝-kxx 为物体离开“平衡”位置的位移负号表示回复力F 回和位移x 的方向相反回复力就是一个指向“平衡”位置的合力（2）：对于同一个振动系统,当振动的振幅变大时,其周期仍保持不变（3）：简谐振动的x-t 图像：是一条正弦或余弦曲线（4）：振动的周期T 的大小与振幅的大小无关所以把它叫国有周期;弹簧振子的T 与小球的质量、弹簧的劲度序数有关；单摆的T 与摆长、重力加速度g 有关3.单摆（1）：当单摆的摆角小于80时,单摆的振动可以看做简谐振动（2）：单摆振动时,也可以把它看做圆周运动R m R m m F F T R v 2222）（向心指向圆心的合力πω====多多从不同的角度分析问题（3）：单摆的回复力由重力在切线方向的分力提供;当摆角小于80时,L x≈θsin ,mg F L x -=回复力如右图（3）：当单摆的摆角小于80时,g LT π2=L 为物体摆动时的圆心悬点到物体重心的距离g 为当地的重力加速度g ＝2R GM；g ´=222)()(H R gR H R GM ++= g ´为离天体表面H 高处的重力加速度；g为天体表面的重力加速度；R 为天体的半经；M 为中心天体的质量；H 为离天体表面的高公式说明T 与振幅A 无关（4）：单摆振动时,由于拉力始终与速度垂直,所以拉力不做功,如无阻力,则物体的机械能守恒（5）：单摆振动时,如有阻力,则在短时间内,仍可把它看做简谐振动4、任何一个介质质点在一个周期内经过的路程都是4A,在半个周期内经过的路程都是2A,但在四分之一个周期内经过的路程就不一定是A 了多多用位移时间图像帮助分析问题5、受迫振动：（1）：物体在周期性外力的作用下的振动叫受迫振动（2）：物体做受迫振动时,它的频率等于驱动力的频率,而跟物体的固有频率无关,如图：假如L=g,则单摆的固有周期g L T π2==2π秒,如果每隔八秒推一下小球,则单摆的周期就为8秒,而不是2π秒（3）：波在传播时,各质点都在做受迫振动各质点都在模仿波源的振动,所以波由一种介质传到另一介质时,波的频率不变等于波源的振动频率（4）：物体在做受迫振动时,驱动力的频率跟物体的固有频率相等的时侯,物体的振幅最大,这种现象叫共振;驱动力的频率跟物体的固有频率越接近,物体的振幅也越大,如图为共振曲线（5）：当f 驱动力=f 固时物体会发生共振,共振时的振幅比不共振时的振幅大（6）：利用共振的有：共振筛、转速计、微波炉、打夯机、跳板跳水、打秋千……防止共振的有：机床底座、航海、军队过桥、高层建筑、火车车厢……6：简谐振动的图像如右图为水平振动的弹簧振子的振动图像：由图像可知：（1）：振动图像表示的是某一质点在各个时刻的位移（2）：振幅A 为15cm（3）: 周期T 为8s（4）:a 点对应的时刻,速度在增大,速度的方向向负方向；加速度在减小,加速度的方向负方向和位移的方向相反,此时位移为正10cm回复力在减小,回复力的方向向负方向和位移的方向相反动能在增大,弹性势能在减小机械能守恒b 点对应的时刻,速度在减小,速度的方向向负方向；加速度在增大,加速度的方向向正方向和位移的方向相反,此时位移为-5cm回复力在增大,回复力的方向向正方向和位移的方向相反动能在减小,弹性势能在增大机械能守恒d 点对应的时刻,速度在减小,速度的方向向正方向；加速度在增大,加速度的方向向负方向和位移的方向相反,此时位移为正5cm回复力在增大,回复力的方向向负方向和位移的方向相反动能在减小,弹性势能在增大机械能守恒（5）:V a < V b = V d7：解振动问题的方法：（1）：振动问题都是变力问题,一般选用动能定理、能量守恒定律解题;注意应用弹簧的弹性势能不变、了解：弹性势能221kx E P ,k 弹簧的劲度系数,x 为弹簧的形变量、弹力做的功= - 弹性势能的变化量等条件 （2）：充分利用振动的对称性,如在两个对称点的加速度a 、速度v 、位移、动能E k 、弹性势能相等等条件（3）：充分利用振动的图像解题画出振动的图像帮助解决问题（4）：注意应用临界点的条件：如弹力为0、加速度a 、速度v 、位移相等等等（5）：两物体的加速度a １、a 2相等时,两物体可能将要分开物体分开的瞬间,物体间的弹力为零（6）：弹簧的形变量或两次的形变量之差可能等于物体的位移：S=X 2-X 18:机械波：机械振动在介质中的传播过程所形成的波叫做机械波（1）：有振源和传播介质时就会产生机械波（2）：波是传播能量的一种方式,即传递某种信息（3）：波信息向前传播时,各介质只在自己的平衡位置附近振动,并不会随波信息向前传播（4）：波信息向前传播时,波形波形代表信息的内容不会发生变化；如下图,波信息向右传播过后,A 、B 、C 、D 各质点仍然回到各自原来的位置；当波信息传递到E 点时,它就开始振动,并按后面的波形振动即开始模仿振源的所有动作,所以质点起到了传递信息的作用；要判断E 如何振动,就看和它相邻的前一质点的运动情况即可解波动问题,就是逻辑推理的过程,由A 质点的情况推及到D 质点的情况,由9秒的情况推及到8秒的情况……（5）：每经过一个周期,波就向前传播一个波长的距离；每经过41个周期,波就向前传播41个波长的距离 （6）：波的频率就等于波源的振动频率,介质的振动频率也等于波源的振动频率受迫振动9：波速V ：（1）：T V λ=；t SV f V ==；λ（2）：波速V 只与介质有关,与波长、频率无关；当介质相同时,波速就相同（3）：当波由一种介质传播到另一介质时,频率不变各质点都在做受迫振动,波速、波长会发生改变 10：波长：（1）：两个相邻的,在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离,叫波长9秒末（2）：在一个周期里,波向前传播的距离,叫波长（3）：两个相邻的波峰之间的距离,叫波长；两个相邻的波谷之间的距离,叫波长11：波的周期、频率：波的频率就等于波源的振动频率,它们与速度、介质无关12：波的图像：由图像可知（1）：波的图像表示的是某一时刻各个质点的位移的图像（2）：振幅A 为15cm（3）：波长为8cn（4）：在9秒末,a 质点向下运动它模仿的前一质点在它的右下方（5）：在9秒末,a 质点的速度在变大,加速度在变小,加速度的方向向下各质点的运动规律仍然遵循振动的规律13：波的衍射:(1): 波在传播中遇到障碍物时能绕过障碍物的现象,叫波的衍射(2)：一切波均能发生衍射,即任何条件下波均能发生衍射,只是有的衍射我们觉擦不到,但是仍然存在(3)：发生明显的衍射的条件是：障碍物或孔的直径比波长小或相差不多(4)：楼上房间的人能听到楼底下人的声音,单缝衍射、眯眼看灯、隔并齐笔缝看灯、隔羽毛纱布缝看灯等呈彩色看到彩色的光,这些都是衍射14：波的干涉：（1）：频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔,这种现象叫波的干涉（2）：两个波源的振动方向相同,频率相同的同类波干涉时,就能得到稳定的干涉图样（3）：围绕正在发声的音叉走一圈,听到声音忽强忽弱,双缝干涉、肥皂泡膜、蝉翼、雨天公路上汽油等呈彩色,这些都是干涉（4）：波的干涉加强区是波峰和波峰相遇处或波谷和波谷相遇处,加强区仍在振动,其位移有可能小于减弱区的,但它的振幅一定大于减弱区的;波的干涉减弱区则是波峰和波谷相遇处（5）：当两个波源的振动方向相同,频率相同的同类波干涉时,某点到这两个波源的距离差为半个波长的偶数倍时,该点为振动的加强点；某点到这两个波源的距离差为半个波长的奇数倍时,该点为振动的减弱点;当两个波源的振动方向相反,频率相同的同类波干涉时,某点到这两个波源的距离差为半个波长的偶数倍时,该点为振动的减弱点；某点到这两个波源的距离差为半个波长的奇数倍时,该点为振动的加强点; 15：多普勒效应:由于波源与观测者间的相互运动,导致波源发射频率与接收频率不同波源与观测者相互接近时,接收频率变大；反之,变小16：波的分类：波分为横波和纵波；声波为纵波17：波的反射：遵循反射定律如：反射角等于入射角等等18：解波动问题的方法：（1）：一定要画出波动图像（2）：注意应用波形不变把整个波形拿来平移,一般不要把波形延长,各质点都在模仿波源的振动,通过逻辑推理导出答案由“现在”推导出“将来”,由“现在”推导出“过去”（3）：还应考虑到波的周期性、重复性,质点振动的周期性、重复性。
机械振动学基础知识阻尼比与振动系统的稳定性
机械振动学基础知识阻尼比与振动系统的稳定性机械振动学是研究物体在受到外界力作用下产生的振动运动规律的学科。
在振动系统中，阻尼比是一个非常重要的参数，它直接影响着振动系统的稳定性。
在本文中，我们将介绍机械振动学的基础知识，阻尼比与振动系统稳定性之间的关系，并探讨如何利用阻尼比来提高振动系统的性能。
1. 机械振动学基础知识在机械振动学中，振动是物体围绕平衡位置作周期性的往复运动。
振动系统一般由质量、弹簧和阻尼器组成。
质量与弹簧之间联系紧密，质量的振动会导致弹簧受力变化，从而产生振动。
而阻尼器则消耗振动系统的能量，影响振动的幅度和频率。
2. 阻尼比与振动系统的稳定性阻尼比是指振动系统中阻尼器对振动系统的影响程度的大小。
阻尼比越大，阻尼器消耗能量的能力越强，振动幅度越小，系统的稳定性越高。
反之，阻尼比越小，振动幅度越大，系统的稳定性越差。
因此，阻尼比是影响振动系统稳定性的一个关键参数。
3. 阻尼比对振动系统的影响当阻尼比小于某一临界值时，振动系统会出现自激振动现象，即振幅不断增大直至系统失稳。
此时系统呈无阻尼振动状态，频率与自然频率相同。
而当阻尼比大于这一临界值时，振动系统会趋于稳定，振动幅度逐渐减小，最终趋于平衡状态。
因此，阻尼比的选择对振动系统的稳定性至关重要。
4. 利用阻尼比提高振动系统性能在实际工程中，可以通过调节阻尼比的大小来提高振动系统的性能。
选择合适的阻尼比可以有效减小振动幅度，提高系统的稳定性和可靠性。
此外，还可以通过改变弹簧的刚度和质量的大小等参数来优化振动系统的设计，实现更好的工作效果。
在机械振动学中，阻尼比与振动系统的稳定性密切相关。
合理选择阻尼比可以提高振动系统的性能，减小振动幅度，保证系统稳定运行。
因此，工程师们在设计振动系统时应充分考虑阻尼比这一重要参数，以确保系统的正常工作和长久稳定性。
通过不断研究和实践，我们可以更好地理解和应用机械振动学的基础知识，提高工程设计的水平和技术水平。
机械振动基础总结
7. 受迫振动的响应和激励力在低频范围内同相，在高频范围内反相，阻尼越小，同相和反相的现象越明显；增大阻尼，
相位差逐渐向趋近 π /2；共振时的相位差为 π /2，与阻尼无关。
f.简谐波分析方法就是通过傅氏变换把周期激励转化为一系列基频数倍数的简谐波激 励叠加，对吗？（对） 简谐波分析方法是通过傅氏变换把周期激励转化为一系列基频数倍数的简谐波激 励叠加，再求出每个频率分量激励产生的响应，再将这些响应叠加，得到周期激励产 生的响应 g. 脉冲激励响应包含了暂态和稳态成分？（对） 由于本人水平有限,<<总结>>当中难免有错误和不当之处，自行修改。 2012 年 06 月 25
简谐激励作用下受迫振动稳态响应的特征 摘自《振动力学》，刘延柱等，高等教育出版社
1. 稳态响应是与激励力频率相同的简谐振动。
2. 振幅和相位均由系统本身和激励力的物理性质确定，与初始条件无关。
3. 激励力频率远小于固有频率时振幅接近于弹簧静形变，激励力频率远大于固有频率时振幅趋近于 0。
4. 对于无阻尼系统，激励力频率等于固有频率时，受迫振动的振幅无限增大，称作共振现象。
5. 对于有阻尼系统，激励力频率趋近于固有频率时振幅也急剧增大。将振幅取极大值时激励频率定义为共振频率，因此
有阻尼系统的共振频率略小于固有频率，共振区内的振幅特性曲线称作共振峰。
6. 共振时振幅受阻尼系数的影响显著，阻尼较小时振幅急剧增大，阻尼较强时振幅变化平缓，当时振幅无极值。因此系
统阻尼的强弱性质和共振峰的陡峭程度可通过共振时的振幅放大因子体现，称作系统的品质因数。
2π ω
， 无阻尼振动固有频率 ωn ，阻尼振动固有频率ωd = 1 − ξ2 ωn
c.欠阻尼是振动振幅衰减的振动，过阻尼也是吗？ 欠阻尼是振动振幅衰减的振动，过阻尼都不是振动。 d.线形系统简谐激励稳态响应频率等同于激励频率相位滞后的简谐振动吗？(对) 受简谐激励的系统的稳态响应也是简谐的,其振动频率等于激励的频率,激励与响应之 间有一相位差φ,称为响应的相角。 （P26） e.稳态响应振幅和相位与系统和初始条件有关，对吗？（错）
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第十三章 机械振动基础
一、目的要求
1、掌握建立各种类型单自由度系统振动（自由振动、阻尼振动、受迫振动）微分方程的方法及其解的表达式。
理解恢复力、阻尼力和干扰力的概念。
2、对各种类型振动规律有清晰的理解，会计算有关的物理量。
深刻理解自由振动的固有频率（或周期）、振幅、初相位角的概念。
会应用各种方法特别是能量法，求固有频率。
了解阻尼对自由振动的干扰、幅频曲线、共振和放大系数的概念。
3、懂得如何利用振动现象，以及消振和隔振的原理与方法。
二、基本内容
1．基本概念
单自由度系统的自由振动，计算固有频率的能量法；单自由度系统的有阻尼自由振动；单自由度系统的无阻尼受迫振动；单自由度系统的有阻尼强迫振动；转子的临界转速；隔振。
2．主要公式
（1）单自由度系统无阻尼自由振动微分方程
02=+x x
n ω m k n /2
=ω 单自由度系统无阻尼自由振动微分方程的解
)sin(ϕω+=t A x n
2202
n
x x A ω +
= 0
0x x tg n
ωϕ=
n ω是系统的固有（圆）频率，A 为自由振动的振幅，ϕ为初相位。
n
T ωπ
2= 是系统的自由振动的周期。
T
f 1
=
是系统自由振动的频率。
能量法求单自由度系统无阻尼自由振动的固有频率
max max V T =（注意：计算最大势能max V 时，取系统的静平衡位置为势能零点。
）
（2）单自由度系统有阻尼自由振动微分方程
022
=++x x n x n ω m
c
n =
2 其中式c 是系统的粘滞阻尼系数。
小阻尼情况下（n n ω<）单自由度系统有阻尼自由振动微分方程的解
)sin(d d nt t Ae x ϕω+=-
2
220020
)(n
nx x x A n -++=
ω ， 2
221ξωωω-=-=n n d n 002
2
0nx x
n x tg n d +-= ωϕ
n
n
ωξ2=
为系统的阻尼比。
有阻尼自由振动的周期
2
2
12n
T n
-=
ωπ
减幅系数11
nT i i
e A A ==
+η 对数减幅系数11
1ln ln
ln nT e A A nT i i
====+ηδ （3）单自由系统无阻尼受迫振动的微分方程
t h x x n ωωsin 2
=+
m
F h 0
=
0F 为激振力的力幅 单自由系统无阻尼受迫振动的微分方程的解
t h
t A x n
n ωωωϕωsin )sin(2
2-+
+= 稳态解 t h
x n
ωωωsin 2
2-=
共振的条件 n ωω≈
（4）单自由度系统有阻尼受迫振动的微分方程
t h x x n x n ωωsin 22
=++
单自由度系统有阻尼受迫振动的微分方程的解
)sin(4)sin(2
22εωω
ωϕω--+
+=-t n h
t Ae x d
d d nt
2
2d
n tg ωω
ε=
三、重点和难点
1．重点
（1）单自由度系统自由振动，自由振动的固有频率和求固有频率的方法。
（2）单自由度受迫振动，受迫振动的幅频曲线、共振现象。
2．难点
用能量法计算系统的固有频率时，势能零点的选择。
四、教学提示
1．建议
单自由度振动问题是研究多自由度系统振动的基础，在学习中应注意： （1）讲清如何将机械振动系统抽象为理想的力学模型——弹簧质量系统，明确恢复力的概念及常见恢复力（力矩），会列各种类型单自由度系统微分方程。
（2）对诸如固有频率、周期、振幅、位相和初位相等物理量，要讲清它们与那些因素有关，并熟记它们的计算公式及多种计算方法。
（3）阻尼对振动的影响、受迫振动微分方程求解过程等不作重点介绍，但对共振产生的条件要讲透，减振和隔振原理简单说明即可。