《机械动力学与振动》课程教学大纲

《机械动力学与振动》课程教学大纲

课程名称：机械动力学与振动

课程代码：EM357

学分/学时：3学分/51学时

开课学期：春季学期

适用专业：机械工程、热能与动力工程、核工程、航空宇航科学、建筑环境与设备及相关专业

先修课程：高等数学、理论力学、线性代数

后续课程：

开课单位：机械与动力工程学院

一、课程性质和教学目标（需明确各教学环节对人才培养目标的贡献，专业人才培养目标中的知识、能力和素质见附表）

课程性质：机械动力学与振动是机械工程、热能动力工程、核科学与工程、航空航天工程等专业的一门重要专业基础课，是机械、能源动力类专业必修主干课。

教学目标：机械动力学与振动是研究机械系统的运动、振动和受力之间的关系的科学，通过本课程的学习，掌握与机械动力学和振动有关的基本理论和分析方法，具备对复杂机械系统建立动力学模型的能力，进行动力学与振动相关分析的能力及从事相关科学研究工作和相关专业技术工作的能力，也为相关工程管理工作提供重要的理论基础。（A4.1, A5.1, A5.2, A5.3，B2，B4，C2）

通过本课程教学，不仅使学生在机械动力学和振动特别是机械系统在外力作用下的响应及应用方面树立正确的概念，同时培养学生科学抽象、逻辑思维能力，进一步强化实践是检验理论的唯一标准的认识观。具体来说，

1、能够利用牛顿/欧拉方程和拉格朗日方程建立弹性体系统进行动力学方程；[A3, A4.1, A4.2,

A5.1]

2、能够对振动系统的自由振动和受迫振动进行求解，了解提高抗振性能所利用的基本原则和

主要途径[A5.1, A5.4]

3、能够运用常用的振动基本公式、图表和计算软件（如matlab）等进行一般振动特性分析和

计算。[A5.2，A5.1, A5.4]

4、具备对工程中的传动机构动力学，机器人动力学、惯性力系的平衡、振动传递、隔振、动

力吸振及旋转不平衡等问题进行建模和分析的能力[A5.1,A5.3, A5.4, B2, B4]

5、掌握模态法对多自由度系统的求解及特征根和特征向量的物理意义[A5.1]

6、强化理论来源于实践，实践是检验理论的唯一标准的认识观。（A5.1, A5.2，B4, C2）

二、课程教学内容及学时分配（含实验、自学、作业、讨论等的内容及要求）

本课程由动力学基础理论、刚体动力学与机械的平衡、机械振动基本理论、机械振动的控制及应用五部分组成。

1、机械动力学与振动概述(1学时) （B4, C2）

机械动力学与振动的基本概念、工程应用背景、研究目的、历史、问题及解决方法

目标及要求：通过该概述，学生对机械动力学与振动的工程应用背景、研究目的及基本概念、问题和解决方法有个感性认识，为后续教学内容作铺垫。

课外活动：参观机械系统与振动国家重点实验室

2、机械动力学理论基础 (4学时)（A5.1,A5.2, B2, B4, C2）

2.1 作用于机械系统上的力

2.2 等效力学模型

2.3 约束、自由度、广义坐标

2.4 虚位移、理想约束、虚功原理、广义力

2.5 拉格朗日方程

目标及要求：通过本章节的学习，学生应该具备对较复杂的机械系统建立其动力学方程的能力，为刚体系统动力学和机械振动的系统动力学模型建立奠定理论基础。

3、机械的平衡与多体系统动力学分析（9学时）（A5.1,A5.3, A5.4, B2, B4）

3.1 转子平衡

3.2 机构惯性力平衡

3.3 机构惯性力矩平衡

3.4 应用：多连杆机构及多缸发动机的平衡

3.5 多体系统运动方程的建立

3.6 多自由度机械系统动力分析

3.7 应用：机器人操作机动力学分析

目标及要求：转子、机构的动平衡和多体系统动力学是机械动力学的基本内容，通过本章节的学习，学生应该掌握从实际问题到力学模型抽象过程的基本原理和基本方法，具备对机械系统进行动力学相关分析的能力及相关技术工作的适应能力。同时，该章的内容有助于提高学生对后续振动章节中的振源(激励)的工程背景的认识。

4、单自由度系统的振动（16学时）（A5.1,A5.3, A5.4, B2, B4）

4.1 振动模型，振动方程的建立及固有频率的确定

4.2 无阻尼自由振动

4.3 有阻尼自由振动

4.4 简谐激励强迫振动及响应特性

4.5 隔振原理

4.6 等效粘性阻尼

4.7周期激励下的响应

4.8任意激励下的响应

目标及要求：通过本章的学习，学生应当掌握从实际问题到振动模型抽象过程的基本原理和基本方法，并结合高等数学的知识，能够求解解决单自由度系统的自由振动，强迫振动响应以及从物理本质上理解其响应规律及振动的基本知识。能够联系实际工程应用，具备振动隔振、转子动平衡等相关技术工作的适应能力。

5、多自由度系统的振动（10学时）（A5.1, A5.2, B2，B4, C2）

5.1 多自由度振动方程的建立

5.2 无阻尼多自由度系统的自由振动

5.3 坐标耦合与解耦

5.4 有阻尼多自由度系统的强迫振动

5.5 动力吸振器

5.6 模态分析法

5.7 基频的近似算法

目标及要求：通过本章的学习，学生应当具备对较复杂系统建立振动方程的能力。能够结合高等数学、线性代数的知识，对多自由度系统的自由振动，强迫振动从物理本质上理解其响应规律及振动的基本知识。对振动模态和振型等概念有个较清楚的认识并能够利用模态法对多自由度系统的响应进行求解。从频域上理解动力吸振的概念及工程应用。

6、简单连续系统动力学方程 (5学时)（A5.1, A5.2, B2，B4, C2）

6.1 杆的纵向振动

6.2 轴的扭振

6.3 梁的横向振动

6.4 应用：机械传动系统动力学分析

目标及要求：培养学生利用数学和力学知识，对简单连续系统建立运动方程的能力，进一步理解振动模态和振型的概念，具备对简单机械传动系统建立振动方程、进行动力学分析的能力。

7、机械振动的控制（4学时）（A5.1, A5.2, B2，B4, C2）

7.1 振源的振动控制

7.2 振动传播的控制

7.3 减少机械设备动载荷的途径

目标及要求：结合前几章的内容，使学生对振动控制能有更深一步的认识，能够对一个较简单机械系统的振动采用多种方法和途径实现振动控制，具备振动控制等相关技术工作的适应能力。

7 实验（2学时/实验）：（A5.3）