《工程振动分析与控制》研究生课程教学资源（课件讲稿）Analysis and Control for Engineering Vibration

工程振动分析与控制一电子讲义精简版共200页西安交通大学工程振动分析与控制XIANJIAOTONGUNIVERSITY绪论仅供课程学习使用！01绪论1.1振动的基本概念1.2工程中的振动问题1.3振动分析方法振动控制方法1.4A

5 绪 论 工程振动分析与控制 01 1.4 振动控制方法 1.1 振动的基本概念 1.2 工程中的振动问题 1.3 振动分析方法 工程振动分析与控制—电子讲义精简版 共200页 仅供课程学习使用！

工程振动分析与控制一电子讲义精简版共200页西安文通大学SIAN HACIONGUNIVERST振动的基本概念1.1仅供课程学习使用！西安交通大学》》振动的基本概念VE振动源于“Vibrationem”，意为“颤动”（Shaking)和“舞动”（Brandishing），描述某运动物理量在平衡位置附近做反复振荡的物理现象。振动图象。自然界最普遗的现象之一，大至宇宙，小至原子粒子，无处不在。BAE理物R的专K中意店。现代装备和产品向精密、高速、高效和轻量化方向发展，显得尤为突出。abonaorygOMradon&WoueBonu-HDCE6

6 1.1 振动的基本概念 Laboratory of Vibration & Noise Control IIDCE 振动源于“Vibrationem”，意为“颤动”(Shaking)和“舞动”(Brandishing)，描述某一 运动物理量在平衡位置附近做反复振荡的物理现象。 自然界最普遍的现象之一， 大至宇宙，小至原子粒子， 无处不在。 现代装备和产品向精密、高 速、高效和轻量化方向发展， 显得尤为突出。 振动的基本概念 工程振动分析与控制—电子讲义精简版 共200页 仅供课程学习使用！

工程振动分析与控制一电子讲义精简版共200页西安文通大学》》振动的基本概念HANHAOIONGUNIVERSH口按照振动产生原因分类自由振动：系统受初始干扰或原有外部激励撤消后产生的振动。。强迫振动：即受迫振动，系统在持续的外部激励作用下产生的振动。直播CET3手拍箱牌机拍程关牌仅供课程学习使用西安文通大学》》振动的基本概念atssrNENE口按照振动产生原因分类。自激振动：系统本身产生的激励所维持的非线性周期振动。常见自激振动有切削工件时引起的切削颤振，飞机机翼由于气流引起的颤振，高压输电线路导线的舞动等等。机翼颤振模拟动画7

7 自由振动：系统受初始干扰或原有外部激励撤消后产生的振动。 按照振动产生原因分类 强迫振动：即受迫振动，系统在持续的外部激励作用下产生的振动。 振动的基本概念 按照振动产生原因分类 自激振动：系统本身产生的激励所维持的非线性周期振动。常见自激振动有切削工件时引 起的切削颤振，飞机机翼由于气流引起的颤振，高压输电线路导线的舞动等等。 机翼颤振模拟动画 振动的基本概念 工程振动分析与控制—电子讲义精简版 共200页 仅供课程学习使用！

工程振动分析与控制一电子讲义精简版共200页西安文通大学》》振动的基本概念ANHAOIONGUNIVERSH口按照系统自由度的分类自由度：完全描述系统一切部位在任何瞬时的位置所需要的独立坐标个数。单自由度系统振动：一个独立坐标确定的系统振动，常微分方程描述。。多自由度系统振动：多个独立坐标确定的系统振动，常微分方程组描述。连续体振动：无限多自由度系统振动，偏微分方程或方程组描述。ksP2(0)kewWPs(0)Pi(t),mm3wwW-SDOF系统MDOF系统连续体系统仅供课程学习使月西安文通大学》》振动的基本概念E口按照振动规律分类。周期振动：振动量为时间周期函数的一类振动，最简单简谐振动，即振动量为时间正弦或余弦函数。。瞬态振动：振动量只在一定时间内存在的振动。·随机振动：振动量为时间的非确定性函数的振动。简谐振动周期振动瞬态振动随机振动8

8 单自由度系统振动：一个独立坐标确定的系统振动，常微分方程描述。 按照系统自由度的分类 SDOF系统 MDOF系统 连续体系统 自由度：完全描述系统一切部位在任何瞬时的位置所需要的独立坐标个数。 连续体振动：无限多自由度系统振动，偏微分方程或方程组描述。 多自由度系统振动：多个独立坐标确定的系统振动，常微分方程组描述。 振动的基本概念 周期振动：振动量为时间周期函数的一类振动，最简单简谐振动， 即振动量为时间正弦或余弦函数。 按照振动规律分类 随机振动 简谐振动 周期振动 瞬态振动 瞬态振动：振动量只在一定时间内存在的振动。 随机振动：振动量为时间的非确定性函数的振动。 振动的基本概念 工程振动分析与控制—电子讲义精简版 共200页 仅供课程学习使用！

工程振动分析与控制一电子讲义精简版共200页西安文通大学》》振动的基本概念XIANHAOIONGUNIVENSHI口按照系统参数特性分类线性振动：系统参数如弹性恢复力、阻尼力和惯性力分别与振动位移、速度和加速度成线性关系的一类振动，线性微分方程或方程组来描述：·非线性振动：系统参数不成线性关系的振动，微分方程中出现非线性项。非线性方程非线性恢复力ml° +mg/sin@+0Amlé+mgl1线性方程线性恢复力mlé+mgle0混沌（Chaos）现象单摆的振动仅供课程学习使西安交通大学NIVArssr工程中的振动问题1.29

9 非线性振动：系统参数不成线性关系的振动，微分方程中出现非线性项。 按照系统参数特性分类 单摆的振动 混沌（Chaos）现象 2 2 sin 0 3 5 ml mgl ml mgl + 3 5                      ！ ！ 非线性方程 2 ml mgl     0  线性方程 非线性恢复力 线性恢复力 线性振动：系统参数如弹性恢复力、阻尼力和惯性力分别与振动位移、速度和加速度成线 性关系的一类振动，线性微分方程或方程组来描述； 振动的基本概念 1.2 工程中的振动问题 工程振动分析与控制—电子讲义精简版 共200页 仅供课程学习使用！ = 0

工程振动分析与控制一电子讲义精简版共200页西安文通大学》》工程中的振动问题SIANHAOIONGUNIVIHSHT口航天工程领域空间开发及探测活动，运载火箭发射承受的力学环境极为复杂。风切变作用极易引发箭体附件共振，导致发射失败。》卫星、空间站、返回舱等发射升空及返回阶段，经历极为恶劣声振及冲击载荷作用：在轨运行，航天器的动量轮、控制力矩陀螺、低温制冷压缩机、太阳帆板驱动机构和调姿陀螺等的正常工作引发航天器结构产生宽频微振动，影响科学试验或观测仪器工作，光学敏感设备成像质量造成影响。仅供课程学习使西安交通大学》》工程中的振动问题FANHAOTONGINENE口航天工程领域运载火箭发动机热试车或发射启动时通常工作在高温、高压、强冲刷和强腐蚀等极端恶劣工况下，所引发的振动和冲击极为剧烈，可以用地动山摇、火山喷发和排山倒海来形容。发动机的过载量大都在200g以上，每1kg的零件上承受的外力在200k以上，因此，发动机的设计与制造要求非常苛刻，通常采用大量特殊材料，如高温合金、锯钨合金、超高强度不锈钢、抗低温不锈钢和碳纤维等。10

10  空间开发及探测活动，运载火箭发射承受的力学环境极为复杂。风切变作用极易引发箭体附件共振， 导致发射失败。  卫星、空间站、返回舱等发射升空及返回阶段，经历极为恶劣声振及冲击载荷作用；在轨运行，航 天器的动量轮、控制力矩陀螺、低温制冷压缩机、太阳帆板驱动机构和调姿陀螺等的正常工作引发 航天器结构产生宽频微振动，影响科学试验或观测仪器工作，光学敏感设备成像质量造成影响。  航天工程领域 工程中的振动问题 工程中的振动问题  航天工程领域  运载火箭发动机热试车或发射启动时通常工作在高温、高压、强冲刷和强腐蚀等极端恶劣工况 下，所引发的振动和冲击极为剧烈，可以用地动山摇、火山喷发和排山倒海来形容。发动机的 过载量大都在200g以上，每1kg的零件上承受的外力在200kg以上，因此，发动机的设计与制造 要求非常苛刻，通常采用大量特殊材料，如高温合金、铌钨合金、超高强度不锈钢、抗低温不 锈钢和碳纤维等。 工程振动分析与控制—电子讲义精简版 共200页 仅供课程学习使用！

工程振动分析与控制一电子讲义精简版共200页西安文通大学》》工程中的振动问题ANHAOIONGUNIVERSIT“神舟五号”低频共振（2003年10月15日上午9时，长征2F运载火箭搭载“神舟五号”宇宙飞船飞入太空，火箭上升到三四十公里的高度时，飞船开始急剧抖动（10Hz以下的低频振动同时伴随大约6g的冲击）。杨利伟描述“在那26秒，五脏六腑似乎都要碎了，几乎难以承受，心里觉得自己完蛋了”。）仅供课程学习使西安交通大学》》工程中的振动问题nnrsn福精国珀岛海南文门..自长征五号遇二火箭点火升空火菌尖利品的908天2017年7月2日19时23分，海南文昌航天发射基地实施长征五号遥二火箭飞行任务，346秒火箭飞行出现异常，发射任务失利。搭载的“长征五号”发射实践十八号卫星坠落于澳大利亚海域。该卫星搭载了包括：量子通讯技术、霍尔电推进技术和激光通讯技术等世界领先技术，损失惨重，中央高度关注。原因是由于芯一级液氢液氧发动机一分机涡轮泵排气装置在复杂力热环境下，局部结构发生异常，发动机推力瞬时大幅下降，发射失利。11

11 “神舟五号”低频共振 工程中的振动问题 (2003年10月15日上午9时， 长征2F运载火箭搭载“神舟五号”宇宙飞船飞入太空，火箭上升到 三四十公里的高度时，飞船开始急剧抖动（10Hz以下的低频振动同时伴随大约6g的冲击）。 杨利伟描述“在那26秒，五脏六腑似乎都要碎了，几乎难以承受，心里觉得自己完蛋了”。) 2017年7月2日19时23分，海南文昌航天发射基地实施长征五号遥 二火箭飞行任务，346秒火箭飞行出现异常，发射任务失利。搭载的 实践十八号卫星坠落于澳大利亚海域。该卫星搭载了包括：量子通讯 技术、霍尔电推进技术和激光通讯技术等世界领先技术，损失惨重， 中央高度关注。原因是由于芯一级液氢液氧发动机一分机涡轮泵排气 装置在复杂力热环境下，局部结构发生异常，发动机推力瞬时大幅下 降，发射失利。 “长征五号” 发射 工程中的振动问题 工程振动分析与控制—电子讲义精简版 共200页 仅供课程学习使用！

工程振动分析与控制一电子讲义精简版共200页西贵交通大龙2》》工程中的振动问题YHAOIONG口航空工程领域飞机高空高速飞行中，受气流影响引发机翼颤振：舱内噪声来自瑞流边界层引发的机身侧向蒙皮的振动。直升机在气流及旋翼、尾奖等高速旋转部件共同作用下，往往产生“地面共振”和“空中共振”现象，甚至引发灾难性机毁人亡。..思欢拓肌高热总邮品6直-20》机载光电吊舱利用光电载荷对地面目标进行搜索、识别、定位与跟踪，载机振动导致抖动问题，影响成像质量。仅供课程学习使西安交通大学》》工程中的振动问题FANHAOTONGINENE口船舶与海洋工程领域重型燃气轮机组是现代船舶重要动力系统组件，运转过程中往往产生强烈振动，对于军用舰船直接影响隐身性能，威胁自身安全及战斗力。12

12  飞机高空高速飞行中，受气流影响引发机翼颤振；舱内噪声来自湍流 边界层引发的机身侧向蒙皮的振动。  直升机在气流及旋翼、尾桨等高速旋转部件共同作用下，往往产生 “地面共振”和“空中共振”现象，甚至引发灾难性机毁人亡。  机载光电吊舱利用光电载荷对地面目标进行搜索、识别、定位与跟踪， 载机振动导致抖动问题，影响成像质量。 航空工程领域 工程中的振动问题  重型燃气轮机组是现代船舶重要动力系统组件，运转过程中往往产生强烈振动，对于军用 舰船直接影响隐身性能，威胁自身安全及战斗力。 船舶与海洋工程领域 工程中的振动问题 工程振动分析与控制—电子讲义精简版 共200页 仅供课程学习使用！

工程振动分析与控制一电子讲义精简版共200页西安文通大学》》工程中的振动问题IANHAOIONGUNIVENSIT口船舶与海洋工程领域>海洋平台是海洋石油天然气资源开发的基础性设施，长期处于恶劣海洋环境中，受风、浪流、海冰、地震等自然环境作用，存在明显持续不断的振动问题，影响平台正常工作。仅供课程学习使用！西贵交通大学》》工程中的振动问题r口机械工程领域》机床加工中，刀具与工件之间产生周期性往复振动，破坏工件与刀具之间正常运动轨迹，影响工件表面质量，缩短刀具乃至机床使用寿命。13

13  海洋平台是海洋石油天然气资源开发的基础性设施，长期处于恶劣海洋环境中，受风、浪、 流、海冰、地震等自然环境作用，存在明显持续不断的振动问题，影响平台正常工作。 船舶与海洋工程领域 工程中的振动问题  机床加工中，刀具与工件之间产生周期性往复振动，破坏工件与刀具之间正常运动轨迹， 影响工件表面质量，缩短刀具乃至机床使用寿命。 机械工程领域 工程中的振动问题 工程振动分析与控制—电子讲义精简版 共200页 仅供课程学习使用！

工程振动分析与控制一电子讲义精简版共200页西安文通大学》》工程中的振动问题ANRAOIONGUNIVIHSIT口机械工程领域》齿轮箱是重要传动部件，齿轮副啮合过程中，由于齿形误差、装配误差以及弹性变形等影响，往往引发啮合冲击产生振动，引起齿轮副产生疲劳裂纹而失效，甚至引发事故。齿轮的疲劳裂纹仅供课程学习使用！西安交通大学》》工程中的振动问题trsse口机械工程领域硬岩掘进机是隧道掘进重大装备，掘进作业时，滚刀破岩产生强冲击激励会引起推进系统剧烈振动，影响工作效率，诱发关键构件损伤及过早失效甚至发生断裂等危害。.T科誉之宝中国创路：彩云号硬岩掘进机（TBM)14

14  齿轮箱是重要传动部件，齿轮副啮合过程中，由于齿形误差、装配误差以及弹性变形等影 响，往往引发啮合冲击产生振动，引起齿轮副产生疲劳裂纹而失效，甚至引发事故。 齿轮的疲劳裂纹 工程中的振动问题 机械工程领域  硬岩掘进机是隧道掘进重大装备，掘进作业时，滚刀破岩产生强冲击激励会引起推进系统 剧烈振动，影响工作效率，诱发关键构件损伤及过早失效甚至发生断裂等危害。 硬岩掘进机（TBM） 工程中的振动问题 机械工程领域 工程振动分析与控制—电子讲义精简版 共200页 仅供课程学习使用！