模态分析与综合技术第一章振动系统概论

第1章 振动系统概论,1.1 引言,振动,是指物体经过它的平衡位置所作的往复运动或系统的物理量在其平均值附近的来回变动。,本门课程研究机械振动。,诸如：声、光、热，脉搏、音乐、说话，桥梁、高层建筑、飞机、船舶、转子等,第1章 振动系统概论,1.1 引言,在很多情况下，振动被认为是消极因素降低加工精度、机械效率，加剧构件的破坏和磨损，影响设备的功能等。,如桥梁塌毁、飞机机翼颤振机械结构在均匀气流中由于受到空气动力、惯性力和弹性力耦合作用而发生的自激振动、晕车船、旋转机械振动等。,第1章 振动系统概论,1.1 引言,振动也有它有益的一面。其是多媒体技术、雷达等工作的根底，另外还有振动传输、筛选、研磨、沉桩等。,故对于振动这种普遍现象，在借助数学、物理、实验和计算技术摸清其机理、根本规律的根底上，以便利用其积极因素，尽量克服、降低其消极因素的影响。,第1章 振动系统概论,1.1 引言,机械系统能够发生振动，必须具有弹性和惯性。,由于弹性和惯性的相互作用，才引起机械系统的振动。,弹性,是指物体恢复原始大小和形状的能力。,惯性,是指物体具有保持运动速度不变的能力。,第1章 振动系统概论,1.1 引言,虽然实际振动问题多种多样，但解决的途径却具有一般规律，通常的解决步骤如下图：,系统,物理模型,数学模型,动力分析,试验模型,试验测试,结束,比较,参数调整,第1章 振动系统概论,1.2 振动系统分类,从不同的角度对振动系统可进行如下大的分类不绝对，可以相互转化：,非线性系统,非线性的实质,是什么？,大鱼吃小鱼。实质：事物之间的相互作用，说明相互联系的事物不是单方面的影响，而是相互影响、制约和依存的。,线性系统,：,质量特性与运动状态无关，弹性力和阻尼力与系统状态变量成线性关系。,第1章 振动系统概论,1.2 振动系统分类,非线性系统,线性系统,线性系统,输入,输出,线性系统,输入,输出,第1章 振动系统概论,1.2 振动系统分类,连续系统,偏微分方程,离散系统：,由彼此别离的有限个质点、弹簧和阻尼器构成的系统。具有有限个DOFs.,常微分方程。细分：单、多DOF,第1章 振动系统概论,1.2 振动系统分类,非定常系统,定常系统：,系统特性不随时间变化的系统，也称时不变系统。微分方程与约束方程中不显含时间,第1章 振动系统概论,1.2 振动系统分类,非自治系统,系统运动微分方程中不显含时间的系统。,对于非自治系统，总可以化成自治系统。,自治系统,：,系统运动微分方程中不显含时间的系统。,如：,第1章 振动系统概论,1.2 振动系统分类,随机系统,天气、人脑的脑电图、图卫七的混沌自转,确定性系统：,系统特性可以由时间确实定性函数给出的系统。定那么系统,第1章 振动系统概论,1.2 振动系统分类,非保守系统耗散,对于耗散系统，在经过很长时间以后，状态的归宿称为耗散系统的吸引子。,有阻尼的单摆等。,保守系统,：,机械能守恒的系统，或总能量不随时间变化的系统。在保守力和理想定常完整约束作用下的系统。,如无阻尼的单摆等。,第1章 振动系统概论,1.2 振动系统分类,非自伴随系统,自伴随系统,：,系统微分方程组的系数矩阵全部是对称的振动系统。,亏损振动系统,非亏损振动系统,：,n,自由度系统，具有,n,个特征值和,n,个特征向量。,第1章 振动系统概论,1.2 振动系统分类,自激振动,由非振动性鼓励引起的振动。锣、鼓等,自由振动,受初始扰动后不再受外界鼓励时所作的振动。,可以根据系统的输入鼓励和输出响应的类型进行以下分类：,受迫振动,系统受随时间变化的鼓励作用下产生的振动。,第1章 振动系统概论,1.2 振动系统分类,参数共振,由于系统的参数随时间周期变化而引起的大幅度振动,固有振动,简谐振动,周期振动,季节变换、日月更新、时钟等，简谐振动属于其特殊情况之一。,第1章 振动系统概论,1.2 振动系统分类,混沌振动,耗散系统中的混沌也称为“奇怪吸引子。“奇怪 反映伸长的一面，“吸引反映折叠耗散的一面。,随机振动,第1章 振动系统概论,1.3 振动问题分类,一般的振动问题主要由鼓励(输入)、振动系统(系统)、响应(输出)三局部组成，这三局部关系如下图,1.振动分析,也称系统动力响应问题，这是振动的正问题，即鼓励和振动结构，求系统响应。,振动结构,系统,激励,输入,响应,输出,第1章 振动系统概论,1.3 振动问题分类,2.系统识别,也称系统辩识，是振动问题的一类反问题，即鼓励和响应，识别系统参数。,较复杂的系统识别问题振动设计问题：在一定的鼓励条件下，如何设计振动系统，使系统的响应满足指定的条件。,第1章 振动系统概论,1.3 振动问题分类,3.环境预测,另外一种振动反问题，振动结构和响应，求鼓励。,第1章 振动系统概论,1.3 振动问题分类,4.振动综合,同时包含前面几方面的振动问题。,5.振动问题的解决,通常将实际问题抽象为力学模型运动方程，实质上是系统识别问题。针对系统模型列式求解过程，实质上是振动分析的过程。分析并非问题的终结，分析的结果还必须用于改进设计或排除故障已有和潜在，这就是振动设计问题。,第1章 振动系统概论,1.3 振动问题分类,5.振动问题的解决,解决振动问题的方法不外乎通过理论分析和实验研究，二者应相辅相成。数字技术的日益开展，为解决复杂振动问题提供了强有力的技术手段，Matlab,Anasys等。振动测试与信号分析、处理技术在近些年也有重大突破和进展，各种高精度传感器、测试仪器的问世，FFT-SFFT-WAVELET等。这些都为解决好工程振动问题提供了坚实的根底。,