第三章振动与冲击理论基础37页PPT
振动与冲击
振动与冲击振动与冲击是物理学中的两个重要概念，它们在我们的日常生活中无处不在，影响着我们周围的一切。
从最简单的机械振动到地震的冲击波，振动与冲击的研究既有理论性的探索，也有实践性的应用。
振动是物体围绕平衡位置做周期性的来回运动。
这种运动可以是机械振动，也可以是电磁振动。
机械振动包括弹簧振子、摆动、杆振动等，而电磁振动则包括光波的传播和电子在电路中的运动等。
无论是什么形式的振动，都遵循着特定的物理规律，如简谐振动和受迫振动等。
简谐振动是最简单的一种振动形式，它的运动规律可以用正弦函数来描述。
简谐振动具有固有频率和周期，当外力作用于振动体时，振动的频率和振幅都会发生改变。
而受迫振动则是在外力作用下，振动体受到迫使而做非简谐振动。
受迫振动有着复杂的动态行为，其中包括共振现象。
冲击是一种短暂的、非周期性的作用力。
它具有较大的力量和较短的作用时间，从而使被作用物体发生瞬时的突变。
常见的冲击包括物体撞击、爆炸和地震等。
发生冲击时，物体会受到巨大的变形和力量的作用，有时会导致破坏性的后果。
振动与冲击不仅仅是物理学的领域，它们也在许多其他学科中有着广泛的应用。
在工程领域中，我们可以利用振动和冲击现象来设计和改进机械结构，提高其性能和稳定性。
在建筑工程中，地震波的冲击力对建筑物的稳定性有着重大影响，需要进行合理的结构设计和抗震措施。
在交通运输领域，汽车和飞机的振动和冲击对乘坐舒适度和安全性都有着显著影响，需要通过设计和改进减震系统来达到良好的效果。
此外，振动与冲击的研究还可以应用于医疗领域。
例如，医学中的超声波成像技术就是利用声波的振动特性来观察人体内部的结构和疾病情况。
此外，推拿按摩等疗法也是利用振动和冲击来促进血液循环和缓解肌肉疼痛。
总之，振动与冲击是自然界中普遍存在的现象，对我们的生活和工作都具有重要意义。
通过对振动与冲击的深入研究和应用，我们可以更好地理解和掌握自然界的规律，并将其用于改善人类的生活条件和推动科技进步。
《振动力学基础》课件
各自由度之间相互独立，可分别进行分析。
固有频率和主振型
多自由度系统具有多个固有频率和相应的主振型 。
连续系统的振动
分布参数系统
描述长弦、长杆等连续介质的振动，需要考虑空间位 置的变化。
集中参数系统
将连续介质离散化，用弹簧、质量等元件模拟，适用 于简单模型。
波的传播
连续系统中振动能量的传播形式，如声波、地震波等 。
线性振动和非线性振动
线性振动
满足叠加原理，各激励之间互不影响，系统响应与激励成正比。
非线性振动
不满足叠加原理，激励之间存在相互作用，系统响应与激励不成正 比。
周期性振动和非周期性振动
根据振动是否具有周期性进行分类。
CHAPTER 03
振动分析方法
频域分析法
01
频域分析法是一种通过将时间域的振动问题转换为频率域的振动问题 ，从而利用频率特性来分析振动的方法。
CHAPTER 02
振动的基本原理
单自由度系统的振动
自由振动
无外力作用下的振动，系统具有固有频率和固有振型。
强迫振动
在外力作用下产生的振动，其频率与外力频率相同或相近。
阻尼振动
由于系统内部摩擦或外部阻尼作用导致的振动，能量逐渐耗散。
多自由度系统的振动
耦合振动
多个自由度之间相互影响，振动频率和振型较为 复杂。
汽车悬挂系统和路面激励会导致车内振动，影响乘客舒适性。
船舶与海洋工程
船舶和海洋结构的振动会影响其性能和安全性，需要进行有效的振 动控制。
建筑领域
结构健康监测
对建筑物和桥梁等大型结构进行振动监测，可以评估其健康状况和 安全性。
地震工程
地震引起的振动对建筑结构的影响非常大，需要进行抗震设计和分 析。
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
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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
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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。
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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。
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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
第3章1节 冲击理论基础(学2)
第三章冲击理论与振动理论基础第一节冲击理论基础三、冲击响应加速度~时间（G~t）曲线如图所示，有时也可简化为半正弦曲线。
1．冲击作用的特点①作用时间极短；②冲击激励函数是非周期脉冲函数，其频率谱是连续的。
③冲击作用下系统产生的响应与冲击持续时间及固有频率有关。
2．回弹系数（恢复系数）e冲击结束瞬时速度V2往往小于冲击开始的初速度V1，即：V2/V1≤1，令e=｜12V V ｜ 则有：O ≤e ≤1 e 表明了物体变形或回弹的程度，可通过实验测定。
H 1——跌落高度，H 2——回弹高度于是：1212H H V V e ==根据e 值的大小，冲击可分为弹性冲击（o ＜e ＜1）、完全弹性冲击（e=1）、非弹性（塑性）冲击（e=0）。
3．速度增量△V()gHe V e V V V 2)11121+=+=+=（△ 因为 0<e<1, 所以gH V gH 222≤≤△ 机械冲击时速度增量可写成：adt dv v v V o ⎰⎰==τ21△即速度增量在数值上等于冲击脉冲下的面积。
4．冲击放大系数A m设G c 为易损部件所经受的最大冲击加速度，G m 为产品因受冲击而产生的最大加速度，τ为冲击持续时间。
放大系数：产品的易损部件的冲击加速度（响应）与产品m 2产生的冲击加速度（激励）的比值，即：A m =m c G G∴G c =A m ·G m 由21f f =λ值查找对应的Am 值。
⑤举例例1.有一脆弱元件的固有频率为38Hz 的包装件受到一次半正弦脉冲冲击（激励）。
已知该脉冲的峰值加速度G m 为100(g ′s)，冲击持续时间τ=25ms ，试问该冲击对脆弱元件产生什么样的作用？若脆弱元件的脆值（安全加速度值）G s =160（g ＇s ），试估计产品是否安全。
解：1°由已知条件知，f 1=38Hz ，τ=25ms 。
等效冲击振动频率f 2=τ2112=T Hz 20025.021=*= 2°由21f f 90.12038==， 查表可知：A m =1.7473°G c =A m ·G m =1.747×100=174.14°∵G s =160<G c =174.7∴不能保护产品。
《振动学基础》课件
振动信号的分析
振动信号的分析可以通过时域分析和频域分析来研究信号的特性，帮助我们 理解信号的来源和影响。
振动控制的基本原理
振动控制是指通过调节振动系统的参数或施加控制力来减小或消除不必要的振动，提高系统的性 能。
传感器和测量方法
传感器和测量方法用于获取振动系统的相关数据，例如位移、速度和加速度，进而进行分析和控 制。
总结与展望
在这份PPT课件中，我们了解了振动学的基本知识和应用，希望这些知识能对 你的学习和工作有所帮助。
《振动学基础》PPT课件
这份PPT课件将为你介绍振动学的基础知识，从引言开始逐步深入讲解振动学 的各个方面，包括振动系统的建模方法、振动信号的分析以及振动工程的应 用前景。
什么是振动学？
振动学是研究物体在弹性力作用下自由或受迫地以周期性变化的方式来回摆 动或振动的科学。
自由振动
自由振动指物体在没有外界作用力的情况下以自身的固有频率振动，如钟摆的摆动、吊桥的摇摆。
振动系统的能量
振动系统的能量可以通过振动系统的动能和势能来描述，两者在振动过程中 不断转化。
振动系统的建模方法
振动系统的建模可以使用单自由度系统和多自由度系统进行描述，不同的系 统对应析方法包括模态分析、频域分析和时域分析，可以帮助我们理解和预测振动系统的 行为。
受迫振动
受迫振动是物体在外力作用下以非固有频率振动，如受音频驱动的共振现象。
简谐振动
简谐振动是指物体在受到恢复力作用下，其加速度与位移成正比且方向相反 的振动，如弹簧的振动。
阻尼振动
阻尼振动是指物体在存在阻尼的情况下进行的振动，如在摩擦力存在的情况下的弹簧振动。
共振现象
共振现象是指在外界频率接近物体的固有频率时，物体发生异常放大振动的 现象，如摇摆的秋千。
《振动基础》课件
振动对环境的 影响：振动可 能导致环境噪 声污染，影响 人类生活环境 质量
振动类型与描述
自由振动：物体在没有外力作用下，由于自身的弹性和惯性产生的振动。 受迫振动：物体在外力作用下产生的振动，外力可以是周期性的，也可以是非周期性的。 自由振动的频率和振幅取决于物体的质量和弹性系数。 受迫振动的频率和振幅取决于外力的频率和振幅，以及物体的质量和弹性系数。
振动对人类健 康的影响：长 期暴露于振动 环境中可能导 致听力损失、 骨骼损伤等健 康问题
振动对建筑物 的影响：振动 可能导致建筑 物结构损坏， 影响建筑物的 使用寿命和安 全性
振动对机械设 备的影响：振 动可能导致机 械设备精度下 降、使用寿命 缩短等问题
振动对交通运 输的影响：振 动可能导致铁 路、公路等交 通基础设施损 坏，影响交通 运输安全
振动筛分：利用振动将不同粒径的 物料进行分离
振动输送：利用振动将物料输送到 指定位置，提高输送效率
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
振动压实：利用振动将松散的物料 压实，提高其强度和稳定性
振动破碎：利用振动将物料破碎成 更小的颗粒，便于后续处理和利用
主动控制：通过主动施加力或力矩来控 制振动
被动控制：通过改变结构参数或材料特 性来控制振动
振动基础PPT课件
汇报人：
目录
振动基础概述
振动类型与描述
振动系统分析
振动控制与利用
振动测试与实验
振动基础的应用 实例
振动基础概述
振动：物体在平衡位置附近做往复运动
相 位 ： 振 动 的 起 始 点 ， 单 位 为 度 （ °）
频率：振动次数/单位时间，单位为赫 兹（Hz）
振幅：振动的最大位移，单位为米（m）
振动和冲击试验 PPT
机械冲击和机械碰撞的区别： 1、测试次数； 2、测试量级； 3、测试时的发生频率。
冲击原理：
冲击加速度：A=△V/t
△V代表实际冲击过程中的速度变化量； t代表冲击的
脉冲时间
冲击的分类：
冲击波形（脉冲波形）： 半正旋波，矩形波，梯形波，后峰/后峰
振动和冲击试验
本课程主要讨论的问题：
1、什么是振动和冲击以及振动和冲击试验的 分类
2、振动和冲击试验的参数以及设备能力评估
什么是振动：
1、振动：物体沿某一中心点做往返运动； 分类：正旋振动：正旋定频和正旋扫频 随机振动
什么是振动：
1.1、正旋定频
在选定的频率上（可以是共振频率，特定频率， 或危险频率）按规定的量值进行正弦振动试验，并 达到规定要求的时间。
正旋定频：
振动频率、振动位移或振动加速度。
正旋扫频： 振动频率范围、振动位移或振动加速度、扫
频方式和扫频速率
正旋振动测试参数：
正旋扫频振动：
扫频方式：线性扫频和对数扫频 扫频速率：线性扫频：Hz/s
对数扫频：Oct/min
正旋振动测试参数：
对数扫频：Oct/min,代表字母n OCT：2倍进频程（倍频程） 倍频程的数学表达式：
f1×(2n)T= f2 T =[log(f2/f1)]/(n×log2)
=1/n×3.32 × log(f2/f1)]
正旋振动的测试能力评估：
振动台参数: 最大推力、最大加速度、最大速度、最大位 移、振动台面尺寸和重量、台面共振频率、 振动台频率范围
样品参数：样品尺寸、样品重量、测试参数
正旋振动的测试能力评估：
1.2、正旋扫频
振动的基本知识PPT课件
振动的时域参数计算
• 瞬时值 (Instant value) 振动的任一瞬时的数值。
x = x(t)
• 峰值 (Peak value)
xp
振动离平衡位置的最大偏离。
• 平均绝对值 (Aver. absolute
xav
1 T
T
x dt
0
value) • 均值 (Mean value)
• 有效值
xrms=0.707A
• 平均值
对非简谐振动，上述关系splacement (distance) – mils or micrometers, m
• Velocity (speed - rate of change of displacement) – in/sec or mm/sec
本章内容
• 简谐振动三要素 • 振动的时域描述 • 振动的频域描述 • 系统对激励的响应 • 单自由度系统 • 多自由度系统 • 自由振动，模态 • 强迫振动，共振 • 幅频响应和相频响应
•振动测量框图 •传感器及其选用 •旋转机械振动测量的 • 几个特殊问题 • 相位和基频的测量 • 波德图和极坐标图 • 三维频谱图 • 轴心轨迹和轴心位置图 • 摆振信号来源及其补偿
• 以参考脉冲后到第一个正峰值的转角定义振动相位，即a。
• 振动相位直接和转子的转动角度有关，在平衡和故障诊断中 有重要作用。
• 参考脉冲也用于测量转子的转速。
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振动相位
• The relationship of the movement of part of a machine to a reference – for example the position of the shaft as it rotates
《振动基础》PPT课件
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通解
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44
xc1 eintc2e in t
c1co sntisinntc2co sn tisinn t
引入： b 1 c 1 c 2 ,b 2 i( c 1 c 2 )
x (t 0 ) x 0 ,x (t 0 ) x 0 x b 1 c o sn t b 2 s inn t
模型。由了机器人结构的复杂性，机器人的动力学模型也常
常很复杂，因此很难实现基于机器人动力学模型的实时控制。
精选PPT
3
3、Application
Mars e精xp选lPoPrTation
4
3、Application
Special Purpose Dex精t选eProPTus Manipulator
xAsint
T
2
1）振幅A的物理含义？ 与哪些因素有关？
A
x02
x0
n
2）初始相位的物理含义 与哪些因素有关？
tg1 nx0
x0
精选PPT
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六、单自由度扭转振动
I k
K
d精4G选PPT 32l
48
七、固有频率的计算
1）静变形法 (Static Deformation Method)
对于单自由度振动系统，当系统处于平衡时，其重力应
定系统由此发生的无阻尼自由振动。
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精选PPT
22
①第i关节的有效惯量： D i i
D 11m 1m 2 l1 2m 2l2 22m 2l1l2cos2
D 22m 2l2 2
振动与冲击
振动与冲击1. 引言振动与冲击是物理学中一个重要的研究领域，涉及到许多物理现象和工程应用。
振动指的是物体或系统在一定时间范围内往复运动的现象，而冲击则是突然产生的、短暂而强烈的外力作用于物体的现象。
振动和冲击都是自然界和生活中经常遇到的现象，深入研究和理解振动与冲击对于工程设计、结构优化和故障分析等方面有重要的意义。
2. 振动的基本概念和特性振动是物体或系统在时间上的往复运动。
振动的基本特性包括频率、振幅和周期。
频率是指在单位时间内振动的次数，单位为赫兹（Hz）。
振幅是指振动过程中物体或系统离开平衡位置的最大位移，通常用米（m）来表示。
周期是指物体或系统完成一个完整振动循环所需要的时间，单位为秒（s）。
振动的类型可以分为自由振动和强迫振动。
自由振动是指物体或系统在无外力作用下的振动，其频率由物体的固有特性决定。
而强迫振动是指物体或系统在受到外力作用下的振动，其频率和外力的特性有关。
3. 振动的应用振动在各个领域和行业都有着广泛的应用。
以下是一些典型的振动应用案例：3.1 振动传感器振动传感器是一种能够测量和监测物体振动的设备。
它广泛应用于机械设备、航空航天、汽车工业等领域。
振动传感器可以帮助监测机械设备的运行状况，及时发现故障和异常振动，以保证设备的正常运行和安全性。
3.2 振动控制振动控制是通过采用各种技术手段来减小或消除振动对系统和结构的影响。
例如，通过安装阻尼器或减振器来减小机械设备产生的振动；通过调整车辆的悬挂系统来降低行驶时的振动。
3.3 振动测试与分析振动测试与分析是通过测量物体或系统的振动响应，来了解其结构、性能和健康状况的一种方法。
通过振动测试和分析，可以识别出结构的固有频率、模态分布和故障状态，从而为工程优化和故障诊断提供依据。
4. 冲击的基本概念和特性冲击是指突然产生的、短暂而强烈的外力作用于物体的现象。
冲击的特性包括幅度、持续时间和冲击力。
幅度是指冲击产生的位移或形变，通常用米（m）来表示。
振动与冲击
振动与冲击引言振动与冲击是物体在受到外部力作用下产生的两种力的表现形式。
振动是物体周期性运动的一种形式，而冲击是突然且短暂的力的作用。
振动与冲击在工程领域和日常生活中起到了重要的作用，了解和掌握其原理和特点对于设计和建造各种结构以及保护设备和人员安全至关重要。
本文将介绍振动和冲击的基本概念、原理、造成的影响以及应对措施，帮助读者加深对振动与冲击的理解。
一、振动的定义和种类振动是物体围绕平衡位置做周期性运动的现象。
它可以分为自由振动和受迫振动两类。
自由振动是指物体在没有外力作用下的振动。
典型的例子是悬挂在弹簧上的质点，当它被拉伸或压缩后，弹簧会产生反作用力使质点回到平衡位置，并继续产生周期性的振动。
受迫振动是指物体受到外界力作用而产生的振动。
一个常见的例子是摆钟，它受到重力的作用并通过摆动实现周期性的振动。
二、振动的原理与特点振动的原理可以通过振动系统的物理特性来理解。
一个振动系统包括质量、弹性元件和阻尼元件。
当质量受到外力作用时，弹性元件会产生回弹力以及阻尼元件会消耗能量。
振动的特点包括频率、振幅、周期和相位。
频率是指振动发生的频率，它与周期的倒数成正比。
振幅是指振动的最大偏移量，它决定了振动的幅度大小。
周期是指振动进行一次完整周期所需的时间，它与频率的倒数成正比。
相位是指振动在某一时刻与参考物体的位移差别，它决定了振动的起始位置。
三、振动的影响和应对措施振动对物体和环境产生的影响是不可忽视的。
在某些情况下，振动可以导致设备损坏、结构破坏以及危及人员安全。
因此，应采取相应的措施来减少振动的影响。
1. 振动与冲击的评估与预测：对于需要承受振动和冲击的设备和结构，应进行有效的评估和预测以确定其耐受能力和安全性。
2. 结构优化和改进：通过对设计进行改进和优化，可以减少振动的产生和传递。
选择合适的材料和减振装置，可以有效地降低振动的幅度和频率。
3. 振动控制技术：采用振动控制技术可以将振动限制在可接受的范围内。