振動理論與工程應用

第1篇振動基礎
第1章單自由度線性系統(tǒng)的自由振動3
1.1單自由度線性系統(tǒng)的運動微分方程3
1.2無阻尼系統(tǒng)的自由振動7
1.3確定固有頻率的能量法10
1.4計算等效質(zhì)量、等效剛度的能量法13
1.5有阻尼系統(tǒng)的自由振動17
1.5.1臨界阻尼情況18
1.5.2過阻尼情況20
1.5.3小阻尼情況23
第2章單自由度線性系統(tǒng)諧波和周期激勵下的強迫振動30
2.1無阻尼系統(tǒng)諧波激勵下的強迫振動30
2.2有阻尼系統(tǒng)諧波激勵下的強迫振動36
2.3基礎諧波運動激勵下的強迫振動42
2.4不平衡轉(zhuǎn)子激勵的強迫振動47
2.5強迫振動理論在工程中的應用51
2.5.1示壓計51
2.5.2結(jié)構(gòu)物固有頻率的測定51
2.5.3測振儀51
2.5.4隔振56
2.6轉(zhuǎn)軸的橫向強迫振動63
2.7諧波激勵下的能量平衡67
2.8諧波激勵下的等效阻尼68
2.9周期激勵下的強迫振動73
2.10振動能量收集80
第3章單自由度線性系統(tǒng)非周期激勵下的強迫振動86
3.1非周期激勵下的強迫振動——卷積積分法86
3.2基礎非周期運動激勵下的強迫振動93
3.3響應譜95
3.4響應的數(shù)值解法99
3.5非周期激勵下的強迫振動——拉普拉斯變換法105
3.6瞬態(tài)忡擊激勵下的振動隔離112
第4章兩自由度系統(tǒng)的振動117
4.1兩自由度振動系統(tǒng)的運動微分方程117
4.2無阻尼兩自由度系統(tǒng)的自由振動120
4.3拍擊現(xiàn)象126
4.4無阻尼兩自由度系統(tǒng)諧波激勵下的強迫振動130
4.5無阻尼吸振器132
4.6有阻尼兩自由度系統(tǒng)諧波激勵下的強迫振動、有阻尼吸振器139
第5章多自由度系統(tǒng)的振動144
5.1多自由度振動系統(tǒng)的運動微分方程144
5.2推導運動方程的剛度法和柔度法149
5.3多自由度系統(tǒng)的自由振動153
5.4主振型(特征矢量)的正交性158
5.5等固有頻率的情形161
5.6主振型矩陣和主坐標變換164
5.7固有頻率隨系統(tǒng)參數(shù)的變化167
5.8約束的增加對固有頻率的影響169
5.9無阻尼多自由度系統(tǒng)的強迫振動174
5.10有阻尼多自由度系統(tǒng)的強迫振動179
第6章多自由度系統(tǒng)固有頻率及主振型的近似解法185
6.1瑞利能量法185
6.2鄧克利法(跡法)192
6.3矩陣迭代法194
6.4高階頻率與振型198
6.5瑞利–李茲法202
6.6傳遞矩陣法206
6.6.1質(zhì)量–彈簧系統(tǒng)的傳遞矩陣解法207
6.6.2扭振系統(tǒng)209
6.6.3梁的橫向振動211
第7章連續(xù)系統(tǒng)的振動215
7.15的橫向振動215
7.2桿的縱向振動221
7.2.1桿的縱向自由振動221
7.2.2桿的縱向強迫振動229
7.3軸的扭轉(zhuǎn)振動233
7.4梁的彎曲振動235
7.4.1梁的自由彎曲振動235
7.4.2幾種支撐情況下梁的振型函數(shù)和固有頻率237
7.4.3振型函數(shù)的正交性244
7.4.4梁對初始激勵的響應246
7.4.5梁的強迫彎曲振動247
7.5固有頻率的近似解法250
7.5.1瑞利法250
7.5.2李茲法253
參考文獻255
第2篇船舶機械振動與控制
第8章船舶振動噪聲控制概論259
8.1基本概念259
8.2分貝運算261
8.2.1相干信號的加減法261
8.2.2非相干信號的加法261
8.2.3非相干聲源的減法263
8.3船舶水下噪聲能量概念及聲轉(zhuǎn)換效率264
8.4水下噪聲的表現(xiàn)形式266
8.5船舶振動噪聲控制的基本原則266
8.6船舶振動噪聲控制研究頻率范圍的確定267
8.7船舶振動噪聲分析頻段劃分269
8.7.1頻段劃分原則269
8.7.2低頻270
8.7.3中頻270
8.7.4高頻270
8.8船舶聲學設計計算方法的選擇271
8.9船舶聲學設計271
8.9.1從聲學角度出發(fā)選擇最佳的船舶體系架構(gòu)271
8.9.2船舶結(jié)構(gòu)聲學設計272
8.9.3系統(tǒng)、船舶機械降噪設計272
8.10船舶聲學性能評估273
參考文獻273
第9章船舶振動噪聲源275
9.1船舶噪聲特征275
9.2流體動力聲源機理278
9.3螺旋槳激勵280
9.3.1螺旋槳失衡力280
9.3.2螺旋槳葉頻力281
9.3.3螺旋槳表面力283
9.3.4螺旋槳噪聲283
9.4海水拍擊284
9.5流激勵全腔共振284
9.6流激勵舵顫振286
9.7機械振動激勵源288
9.7.1旋轉(zhuǎn)不平衡288
9.7.2軸及軸承對旋轉(zhuǎn)不平衡的影響293
9.7.3部件碰撞294
9.7.4往復不平衡296
9.7.5活塞拍擊297
9.7.6流體激勵305
9.7.7電磁激勵311
9.8常見船用機械噪聲源313
9.8.1聲源表述313
9.8.2推進汽輪機聲源級313
9.8.3減速齒輪聲源級314
9.8.4船用汽輪發(fā)電機聲源級314
9.8.5泵聲源級315
9.8.6發(fā)電機聲源級315
9.8.7電機聲源級316
9.9聲源運動316
9.9.1多普勒頻移317
9.9.2平穩(wěn)運動對聲級的影響317
9.9.3周期運動317
參考文獻318
第10章船體振動及其控制319
10.1船體振動分析概論319
10.1.1引言319
10.1.2基礎梁理論319
10.1.3船體振動分析方法323
10.1.4附加質(zhì)量效應338
10.1.5局部效應339
10.1.6淺水效應339
10.1.7急機動339
10.1.8吃水條件340
10.2局部撓性對船體振動的影響340
10.2.1“簧上質(zhì)量”340
10.2.2局部彈性結(jié)構(gòu)340
10.2.3彈性安裝設備341
10.3船體振動阻尼344
10.3.1概述344
10.3.2船體阻尼分析345
10.3.3測定船體阻尼的方法346
10.3.4升力面的阻尼作用347
10.3.5船體結(jié)構(gòu)的耗散性能347
10.4船體振動控制348
10.4.1船體設計一般要求348
10.4.2降低螺旋槳激勵力351
10.4.3避免船體共振352
10.4.4避免局部共振353
10.4.5平衡355
10.5防振裝置359
10.5.1概述359
10.5.2動力吸振器360
10.5.3可調(diào)旋轉(zhuǎn)偏心質(zhì)量367
10.5.4同步設計368
參考文獻369
第11章船舶推進軸系振動及其控制371
11.1引言371
11.2扭轉(zhuǎn)振動371
11.2.1概述371
11.2.2固有頻率分析372
11.2.3扭轉(zhuǎn)振動阻尼379
11.2.4振幅估算382
11.2.5扭轉(zhuǎn)振動與尾流形式對推進性能的影響384
11.2.6扭轉(zhuǎn)振動控制386
11.3縱向振動388
11.3.1概述388
11.3.2縱向振動分析方法389
11.3.3縱向振動分析參數(shù)估計404
11.3.4縱向振動阻尼410
11.3.5共振幅值計算411
11.3.6推力軸承位置對縱向振動的影響412
11.3.7縱向振動控制412
11.4回旋振動413
11.4.1概述413
11.4.2回旋振動分析414
11.4.3回旋振動影響因素419
11.4.4回旋振動控制422
參考文獻423
第12章船舶結(jié)構(gòu)振動與聲輻射425
12.1引言425
12.2典型船舶結(jié)構(gòu)及其構(gòu)成425
12.3船舶結(jié)構(gòu)中的波427
12.3.1概述427
12.3.2桿內(nèi)彈性波431
12.3.3板內(nèi)彈性波433
12.3.4圓柱殼體中的彈性波434
12.3.5無限結(jié)構(gòu)中的彈性波435
12.3.6有限結(jié)構(gòu)中的彈性波436
12.4船舶結(jié)構(gòu)機械阻抗446
12.4.1基本概念446
12.4.2集總元件及其組合單元的阻抗及導納449
12.4.3船舶基礎結(jié)構(gòu)單元的機械阻抗451
12.4.4船舶復合結(jié)構(gòu)的機械阻抗458
12.5船舶結(jié)構(gòu)振動傳播464
12.5.1概述464
12.5.2均質(zhì)結(jié)構(gòu)中振動的傳播464
12.5.3具有加強筋的周期結(jié)構(gòu)的波動性質(zhì)465
12.5.4非均質(zhì)結(jié)構(gòu)中振動的傳播468
12.5.5非均質(zhì)結(jié)構(gòu)中的波型變換471
12.5.6聲振吸收472
12.5.7船舶連接結(jié)構(gòu)透射效率和藕合損耗因子的估測473
12.5.8典型船舶結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)486
12.6船舶結(jié)構(gòu)聲輻射489
12.6.1表征聲輻射的參數(shù)489
12.6.2吻合頻率491
12.6.3流體負載的影響493
12.6.4不同激勵條件下無限板聲輻射497
12.6.5有限板聲輻射499
12.6.6板的聲輻射傳遞函數(shù)分析503
12.7全氣噪聲向結(jié)構(gòu)噪聲的傳遞504
參考文獻505
第13章船舶結(jié)構(gòu)振動控制506
13.1選擇聲學特性適宜的船舶結(jié)構(gòu)506
13.2抗彎剛度對結(jié)構(gòu)聲學特性的影響511
13.3船體結(jié)構(gòu)聲學設計513
13.4船用機械安裝基座聲學設計514
13.5船舶結(jié)構(gòu)共振頻率與激勵頻率的分離516
13.6船舶結(jié)構(gòu)中的反共振現(xiàn)象及其應用523
13.7船舶結(jié)構(gòu)導振性設計525
13.7.1概述525
13.7.2結(jié)構(gòu)間連接部位的導振性527
13.7.3降低船舶結(jié)構(gòu)導振性的方法532
13.8阻性減振技術(shù)540
13.8.1概述540
13.8.2阻性減振方法540
13.8.3通過吸振方式降低船體結(jié)構(gòu)振動555
13.8.4吸振阻尼層對船用桿結(jié)構(gòu)振動的衰減557
13.9抗性減振技術(shù)560
13.9.1基本原理560
13.9.2降低機械設備的結(jié)構(gòu)振動565
13.9.3桿結(jié)構(gòu)中振動的隔離570
13.9.4降低板結(jié)構(gòu)的彎曲振動579
參考文獻581
第14章船用隔振裝置技術(shù)583
14.1隔振原理583
14.1.1簡單隔振系統(tǒng)583
14.1.2隔振效果的影響因素585
14.1.3雙層隔振系統(tǒng)587
14.2船舶隔振裝置設計590
14.2.1一般步驟590
14.2.2機械設備特性參數(shù)的確定590
14.2.3隔振器性能參數(shù)的確定593
14.2.4單層隔振裝置模態(tài)頻率和模態(tài)向量計算594
14.2.5雙層隔振裝置模態(tài)頻率和模態(tài)向量計算597
14.2.6隔振裝置穩(wěn)定性估算599
14.3浮鋒雙層隔振裝置599
14.3.1一般模型599
14.3.2大型浮鋒雙層隔振裝置固有頻率的優(yōu)化設計601
14.3.3浮鋒雙層隔振裝置的應用608
14.4智能氣囊隔振裝置609
14.5推進動力系統(tǒng)新型隔振裝置613
14.6主被動混合隔振裝置618
14.6.1概述618
14.6.2主被動混合隔振系統(tǒng)的動力學分析619
14.6.3控制律設計623
14.6.4實驗研究635
參考文獻639
第15章船用減振元器件641
15.1引言641
15.2隔振器的類型641
15.2.1按決定隔振器彈性特性和阻尼特性的材料分類641
15.2.2按剛度特性分類642
15.2.3其他分類643
15.3隔振器主要性能參數(shù)643
15.3.1額定載荷643
15.3.2最大允許忡擊載荷643
15.3.3剛度644
15.3.4靜剛度644
15.3.5動剛度644
15.3.6忡擊剛度644
15.3.7最大允許變形量644
15.3.8固有頻率644
15.3.9阻尼644
15.3.10機械阻抗644
15.4隔振器主要性能測試方法645
15.4.1靜態(tài)特性測試645
15.4.2動態(tài)特性測試647
15.5隔振器選用的基本原理652
15.5.1隔振器選用的要求652
15.5.2隔振系統(tǒng)模型化652
15.5.3單自由度系統(tǒng)653
15.5.4實際工程中的幾個問題659
15.6隔振措施的應用661
15.6.1積極隔振661
15.6.2消極隔振661
15.6.3半剛性隔振661
15.6.4外部聯(lián)接662
15.7隔振器選用實例662
15.8隔振器的安裝方式664
15.9常見的船用低頻隔振器666
15.9.1裝配式低頻隔振器666
15.9.2金屬、橡膠混合低頻隔振器667
15.9.3氣囊隔振器668
15.10撓性接管672
15.10.1概述672
15.