振动理论与工程应用PDF电子书下载

第1篇 振动基础 3

第1章 单自由度线性系统的自由振动 3

1.1 单自由度线性系统的运动微分方程 3

1.2 无阻尼系统的自由振动 7

1.3 确定固有频率的能量法 10

1.4 计算等效质量、等效刚度的能量法 13

1.5 有阻尼系统的自由振动 17

1.5.1 临界阻尼情况 18

1.5.2 过阻尼情况 20

1.5.3 小阻尼情况 23

第2章 单自由度线性系统谐波和周期激励下的强迫振动 30

2.1 无阻尼系统谐波激励下的强迫振动 30

2.2 有阻尼系统谐波激励下的强迫振动 36

2.3 基础谐波运动激励下的强迫振动 42

2.4 不平衡转子激励的强迫振动 47

2.5 强迫振动理论在工程中的应用 51

2.5.1 示压计 51

2.5.2 结构物固有频率的测定 51

2.5.3 测振仪 51

2.5.4 隔振 56

2.6 转轴的横向强迫振动 63

2.7 谐波激励下的能量平衡 67

2.8 谐波激励下的等效阻尼 68

2.9 周期激励下的强迫振动 73

2.10 振动能量收集 80

第3章 单自由度线性系统非周期激励下的强迫振动 86

3.1 非周期激励下的强迫振动——卷积积分法 86

3.2 基础非周期运动激励下的强迫振动 93

3.3 响应谱 95

3.4 响应的数值解法 99

3.5 非周期激励下的强迫振动——拉普拉斯变换法 105

3.6 瞬态冲击激励下的振动隔离 112

第4章 两自由度系统的振动 117

4.1 两自由度振动系统的运动微分方程 117

4.2 无阻尼两自由度系统的自由振动 120

4.3 拍击现象 126

4.4 无阻尼两自由度系统谐波激励下的强迫振动 130

4.5 无阻尼吸振器 132

4.6 有阻尼两自由度系统谐波激励下的强迫振动、有阻尼吸振器 139

第5章 多自由度系统的振动 144

5.1 多自由度振动系统的运动微分方程 144

5.2 推导运动方程的刚度法和柔度法 149

5.3 多自由度系统的自由振动 153

5.4 主振型（特征矢量）的正交性 158

5.5 等固有频率的情形 161

5.6 主振型矩阵和主坐标变换 164

5.7 固有频率随系统参数的变化 167

5.8 约束的增加对固有频率的影响 169

5.9 无阻尼多自由度系统的强迫振动 174

5.10 有阻尼多自由度系统的强迫振动 179

第6章 多自由度系统固有频率及主振型的近似解法 185

6.1 瑞利能量法 185

6.2 邓克利法（迹法） 192

6.3 矩阵迭代法 194

6.4 高阶频率与振型 198

6.5 瑞利-李兹法 202

6.6 传递矩阵法 206

6.6.1 质量-弹簧系统的传递矩阵解法 207

6.6.2 扭振系统 209

6.6.3 梁的横向振动 211

第7章 连续系统的振动 215

7.1 弦的横向振动 215

7.2 杆的纵向振动 221

7.2.1 杆的纵向自由振动 221

7.2.2 杆的纵向强迫振动 229

7.3 轴的扭转振动 233

7.4 梁的弯曲振动 235

7.4.1 梁的自由弯曲振动 235

7.4.2 几种支撑情况下梁的振型函数和固有频率 237

7.4.3 振型函数的正交性 244

7.4.4 梁对初始激励的响应 246

7.4.5 梁的强迫弯曲振动 247

7.5 固有频率的近似解法 250

7.5.1 瑞利法 250

7.5.2 李兹法 253

参考文献 255

第2篇 船舶机械振动与控制 259

第8章 船舶振动噪声控制概论 259

8.1 基本概念 259

8.2 分贝运算 261

8.2.1 相干信号的加减法 261

8.2.2 非相干信号的加法 261

8.2.3 非相干声源的减法 263

8.3 船舶水下噪声能量概念及声转换效率 264

8.4 水下噪声的表现形式 266

8.5 船舶振动噪声控制的基本原则 266

8.6 船舶振动噪声控制研究频率范围的确定 267

8.7 船舶振动噪声分析频段划分 269

8.7.1 频段划分原则 269

8.7.2 低频 270

8.7.3 中频 270

8.7.4 高频 270

8.8 船舶声学设计计算方法的选择 271

8.9 船舶声学设计 271

8.9.1 从声学角度出发选择最佳的船舶体系架构 271

8.9.2 船舶结构声学设计 272

8.9.3 系统、船舶机械降噪设计 272

8.10 船舶声学性能评估 273

参考文献 273

第9章 船舶振动噪声源 275

9.1 船舶噪声特征 275

9.2 流体动力声源机理 278

9.3 螺旋桨激励 280

9.3.1 螺旋桨失衡力 280

9.3.2 螺旋桨叶频力 281

9.3.3 螺旋桨表面力 283

9.3.4 螺旋桨噪声 283

9.4 海水拍击 284

9.5 流激励空腔共振 284

9.6 流激励舵颤振 286

9.7 机械振动激励源 288

9.7.1 旋转不平衡 288

9.7.2 轴及轴承对旋转不平衡的影响 293

9.7.3 部件碰撞 294

9.7.4 往复不平衡 296

9.7.5 活塞拍击 297

9.7.6 流体激励 305

9.7.7 电磁激励 311

9.8 常见船用机械噪声源 313

9.8.1 声源表述 313

9.8.2 推进汽轮机声源级 313

9.8.3 减速齿轮声源级 314

9.8.4 船用汽轮发电机声源级 314

9.8.5 泵声源级 315

9.8.6 发电机声源级 315

9.8.7 电机声源级 316

9.9 声源运动 316

9.9.1 多普勒频移 317

9.9.2 平稳运动对声级的影响 317

9.9.3 周期运动 317

参考文献 318

第10章 船体振动及其控制 319

10.1 船体振动分析概论 319

10.1.1 引言 319

10.1.2 基础梁理论 319

10.1.3 船体振动分析方法 323

10.1.4 附加质量效应 338

10.1.5 局部效应 339

10.1.6 浅水效应 339

10.1.7 急机动 339

10.1.8 吃水条件 340

10.2 局部挠性对船体振动的影响 340

10.2.1 “簧上质量” 340

10.2.2 局部弹性结构 340

10.2.3 弹性安装设备 341

10.3 船体振动阻尼 344

10.3.1 概述 344

10.3.2 船体阻尼分析 345

10.3.3 测定船体阻尼的方法 346

10.3.4 升力面的阻尼作用 347

10.3.5 船体结构的耗散性能 347

10.4 船体振动控制 348

10.4.1 船体设计一般要求 348

10.4.2 降低螺旋桨激励力 351

10.4.3 避免船体共振 352

10.4.4 避免局部共振 353

10.4.5 平衡 355

10.5 防振装置 359

10.5.1 概述 359

10.5.2 动力吸振器 360

10.5.3 可调旋转偏心质量 367

10.5.4 同步设计 368

参考文献 369

第11章 船舶推进轴系振动及其控制 371

11.1 引言 371

11.2 扭转振动 371

11.2.1 概述 371

11.2.2 固有频率分析 372

11.2.3 扭转振动阻尼 379

11.2.4 振幅估算 382

11.2.5 扭转振动与尾流形式对推进性能的影响 384

11.2.6 扭转振动控制 386

11.3 纵向振动 388

11.3.1 概述 388

11.3.2 纵向振动分析方法 389

11.3.3 纵向振动分析参数估计 404

11.3.4 纵向振动阻尼 410

11.3.5 共振幅值计算 411

11.3.6 推力轴承位置对纵向振动的影响 412

11.3.7 纵向振动控制 412

11.4 回旋振动 413

11.4.1 概述 413

11.4.2 回旋振动分析 414

11.4.3 回旋振动影响因素 419

11.4.4 回旋振动控制 422

参考文献 423

第12章 船舶结构振动与声辐射 425

12.1 引言 425

12.2 典型船舶结构及其构成 425

12.3 船舶结构中的波 427

12.3.1 概述 427

12.3.2 杆内弹性波 431

12.3.3 板内弹性波 433

12.3.4 圆柱壳体中的弹性波 434

12.3.5 无限结构中的弹性波 435

12.3.6 有限结构中的弹性波 436

12.4 船舶结构机械阻抗 446

12.4.1 基本概念 446

12.4.2 集总元件及其组合单元的阻抗及导纳 449

12.4.3 船舶基础结构单元的机械阻抗 451

12.4.4 船舶复合结构的机械阻抗 458

12.5 船舶结构振动传播 464

12.5.1 概述 464

12.5.2 均质结构中振动的传播 464

12.5.3 具有加强筋的周期结构的波动性质 465

12.5.4 非均质结构中振动的传播 468

12.5.5 非均质结构中的波型变换 471

12.5.6 声振吸收 472

12.5.7 船舶连接结构透射效率和耦合损耗因子的估测 473

12.5.8 典型船舶结构的传递函数 486

12.6 船舶结构声辐射 489

12.6.1 表征声辐射的参数 489

12.6.2 吻合频率 491

12.6.3 流体负载的影响 493

12.6.4 不同激励条件下无限板声辐射 497

12.6.5 有限板声辐射 499

12.6.6 板的声辐射传递函数分析 503

12.7 空气噪声向结构噪声的传递 504

参考文献 505

第13章 船舶结构振动控制 506

13.1 选择声学特性适宜的船舶结构 506

13.2 抗弯刚度对结构声学特性的影响 511

13.3 船体结构声学设计 513

13.4 船用机械安装基座声学设计 514

13.5 船舶结构共振频率与激励频率的分离 516

13.6 船舶结构中的反共振现象及其应用 523

13.7 船舶结构导振性设计 525

13.7.1 概述 525

13.7.2 结构间连接部位的导振性 527

13.7.3 降低船舶结构导振性的方法 532

13.8 阻性减振技术 540

13.8.1 概述 540

13.8.2 阻性减振方法 540

13.8.3 通过吸振方式降低船体结构振动 555

13.8.4 吸振阻尼层对船用杆结构振动的衰减 557

13.9 抗性减振技术 560

13.9.1 基本原理 560

13.9.2 降低机械设备的结构振动 565

13.9.3 杆结构中振动的隔离 570

13.9.4 降低板结构的弯曲振动 579

参考文献 581

第14章 船用隔振装置技术 583

14.1 隔振原理 583

14.1.1 简单隔振系统 583

14.1.2 隔振效果的影响因素 585

14.1.3 双层隔振系统 587

14.2 船舶隔振装置设计 590

14.2.1 一般步骤 590

14.2.2 机械设备特性参数的确定 590

14.2.3 隔振器性能参数的确定 593

14.2.4 单层隔振装置模态频率和模态向量计算 594

14.2.5 双层隔振装置模态频率和模态向量计算 597

14.2.6 隔振装置稳定性估算 599

14.3 浮筏双层隔振装置 599

14.3.1 一般模型 599

14.3.2 大型浮筏双层隔振装置固有频率的优化设计 601

14.3.3 浮筏双层隔振装置的应用 608

14.4 智能气囊隔振装置 609

14.5 推进动力系统新型隔振装置 613

14.6 主被动混合隔振装置 618

14.6.1 概述 618

14.6.2 主被动混合隔振系统的动力学分析 619

14.6.3 控制律设计 623

14.6.4 实验研究 635

参考文献 639

第15章 船用减振元器件 641

15.1 引言 641

15.2 隔振器的类型 641

15.2.1 按决定隔振器弹性特性和阻尼特性的材料分类 641

15.2.2 按刚度特性分类 642

15.2.3 其他分类 643

15.3 隔振器主要性能参数 643

15.3.1 额定载荷 643

15.3.2 最大允许冲击载荷 643

15.3.3 刚度 644

15.3.4 静刚度 644

15.3.5 动刚度 644

15.3.6 冲击刚度 644

15.3.7 最大允许变形量 644

15.3.8 固有频率 644

15.3.9 阻尼 644

15.3.10 机械阻抗 644

15.4 隔振器主要性能测试方法 645

15.4.1 静态特性测试 645

15.4.2 动态特性测试 647

15.5 隔振器选用的基本原理 652

15.5.1 隔振器选用的要求 652

15.5.2 隔振系统模型化 652

15.5.3 单自由度系统 653

15.5.4 实际工程中的几个问题 659

15.6 隔振措施的应用 661

15.6.1 积极隔振 661

15.6.2 消极隔振 661

15.6.3 半刚性隔振 661

15.6.4 外部联接 662

15.7 隔振器选用实例 662

15.8 隔振器的安装方式 664

15.9 常见的船用低频隔振器 666

15.9.1 装配式低频隔振器 666

15.9.2 金属、橡胶混合低频隔振器 667

15.9.3 气囊隔振器 668

15.10 挠性接管 672

15.10.1 概述 672

15.10.2 可靠性评估方法 673

15.10.3 振动传递特性评估方法 673

15.10.4 位移补偿性能 677

参考文献 678

索引 682