機(jī)械振動(dòng)（第5版）

第1章振動(dòng)理論基礎(chǔ)1
1.1前言2
1.2振動(dòng)研究簡(jiǎn)史2
1.2.1振動(dòng)研究的起源2
1.2.2從伽利略(Galileo)到瑞利(Rayleigh)5
1.2.3近代之貢獻(xiàn)7
1.3振動(dòng)研究的重要性9
1.4振動(dòng)的基本概念11
1.5振動(dòng)的分類(lèi)14
1.5.1自由振動(dòng)與受迫振動(dòng)14
1.5.2有阻尼振動(dòng)與無(wú)阻尼振動(dòng)14
1.5.3線性振動(dòng)與非線性振動(dòng)14
1.5.4確定性振動(dòng)與隨機(jī)振動(dòng)15
1.6振動(dòng)分析的一般步驟15
1.7彈簧元件18
1.7.1非線性彈簧19
1.7.2非線性彈簧的線性化21
1.7.3彈性元件的彈簧常數(shù)22
1.7.4彈簧的組合25
1.7.5與由重力引起的恢復(fù)力有關(guān)的彈簧常數(shù)31
1.8質(zhì)量或慣性元件32
1.9阻尼元件36
1.9.1黏性阻尼器的結(jié)構(gòu)37
1.9.2非線性阻尼器的線性化41
1.9.3阻尼器的組合42
1.10簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)43
1.10.1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的矢量表示44
1.10.2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的復(fù)數(shù)表示44機(jī)械振動(dòng)（第5版）目錄1.10.3復(fù)數(shù)的代數(shù)運(yùn)算46
1.10.4簡(jiǎn)諧函數(shù)的運(yùn)算46
1.10.5定義和術(shù)語(yǔ)48
1.11諧波分析51
1.11.1傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)52
1.11.2傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)數(shù)形式53
1.11.3頻譜53
1.11.4時(shí)域表示法與頻域表示法54
1.11.5奇函數(shù)和偶函數(shù)54
1.11.6半?yún)^(qū)間展開(kāi)56
1.11.7系數(shù)的數(shù)字計(jì)算56
1.12利用MATLAB求解的例子60
1.13振動(dòng)方面的文獻(xiàn)64
本章小結(jié)65
參考文獻(xiàn)65
思考題67
習(xí)題71
設(shè)計(jì)題目92
第2章單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)96
2.1引言97
2.2無(wú)阻尼平動(dòng)系統(tǒng)的自由振動(dòng)99
2.2.1根據(jù)牛頓第二定律建立系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程99
2.2.2用其他方法建立系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程100
2.2.3鉛垂方向上彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程101
2.2.4運(yùn)動(dòng)微分方程的解102
2.2.5簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)103
2.3無(wú)阻尼扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的自由振動(dòng)111
2.3.1運(yùn)動(dòng)微分方程112
2.3.2運(yùn)動(dòng)微分方程的解113
2.4一階系統(tǒng)的響應(yīng)與時(shí)間常數(shù)115
2.5瑞利能量法117
2.6黏性阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)120
2.6.1運(yùn)動(dòng)微分方程120
2.6.2方程的解120
2.6.3對(duì)數(shù)縮減率124
2.6.4黏性阻尼消耗的能量125
2.6.5有黏性阻尼的扭振系統(tǒng)126
2.7特征根的圖解表示及相應(yīng)的解131
2.7.1特征方程的根131
2.7.2根的圖解表示及相應(yīng)的解132
2.8參數(shù)變化與根軌跡表示133
2.8.1s平面中ωn、ωd、ζ與τ的說(shuō)明133
2.8.2根軌跡與參數(shù)變化136
2.9庫(kù)侖阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)141
2.9.1運(yùn)動(dòng)微分方程142
2.9.2方程的解143
2.9.3有庫(kù)侖阻尼的扭振系統(tǒng)145
2.10滯后阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)146
2.11系統(tǒng)的穩(wěn)定性151
2.12利用MATLAB求解的例子154
本章小結(jié)159
參考文獻(xiàn)160
思考題160
習(xí)題165
設(shè)計(jì)題目191
第3章單自由度系統(tǒng)在簡(jiǎn)諧激勵(lì)下的振動(dòng)193
3.1引言194
3.2運(yùn)動(dòng)微分方程194
3.3無(wú)阻尼系統(tǒng)在簡(jiǎn)諧力作用下的響應(yīng)195
3.3.1總響應(yīng)197
3.3.2拍振現(xiàn)象198
3.4阻尼系統(tǒng)在簡(jiǎn)諧力作用下的響應(yīng)200
3.4.1總響應(yīng)203
3.4.2品質(zhì)因子與帶寬205
3.5F(t)=Feiωt作用下阻尼系統(tǒng)的響應(yīng)206
3.6基礎(chǔ)作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)阻尼系統(tǒng)的響應(yīng)208
3.6.1所傳遞的力210
3.6.2相對(duì)運(yùn)動(dòng)211
3.7具有旋轉(zhuǎn)不平衡質(zhì)量的阻尼系統(tǒng)的響應(yīng)212
3.8庫(kù)侖阻尼系統(tǒng)的受迫振動(dòng)217
3.9滯后阻尼系統(tǒng)的受迫振動(dòng)220
3.10其他類(lèi)型阻尼系統(tǒng)的受迫振動(dòng)221
3.11自激振動(dòng)與穩(wěn)定性分析222
3.11.1動(dòng)力穩(wěn)定性分析222
3.11.2流體導(dǎo)致的動(dòng)力不穩(wěn)定224
3.12傳遞函數(shù)法230
3.13利用拉普拉斯變換求解232
3.14頻率傳遞函數(shù)235
3.14.1一般傳遞函數(shù)T(s)與頻率傳遞函數(shù)T(iω)的關(guān)系236
3.14.2頻響特征的表示237
3.15利用MATLAB求解的例子240
本章小結(jié)246
參考文獻(xiàn)246
思考題247
習(xí)題250
設(shè)計(jì)題目267
第4章單自由度系統(tǒng)在一般激勵(lì)下的振動(dòng)268
4.1引言269
4.2一般周期力作用下的響應(yīng)269
4.2.1一階系統(tǒng)270
4.2.2二階系統(tǒng)275
4.3不規(guī)則形式的周期力作用下的響應(yīng)280
4.4非周期力作用下的響應(yīng)281
4.5卷積積分282
4.5.1對(duì)沖量的響應(yīng)282
4.5.2對(duì)一般力的響應(yīng)285
4.5.3對(duì)基礎(chǔ)激勵(lì)的響應(yīng)286
4.6響應(yīng)譜291
4.6.1基礎(chǔ)激勵(lì)對(duì)應(yīng)的響應(yīng)譜293
4.6.2地震響應(yīng)譜295
4.6.3沖擊環(huán)境下的設(shè)計(jì)298
4.7拉普拉斯變換300
4.7.1瞬態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)301
4.7.2一階系統(tǒng)的響應(yīng)301
4.7.3二階系統(tǒng)的響應(yīng)302
4.7.4階躍激勵(lì)的響應(yīng)307
4.7.5階躍響應(yīng)的分析311
4.7.6瞬態(tài)響應(yīng)的描述312
4.8數(shù)值方法318
4.9利用數(shù)值方法求不規(guī)則激勵(lì)下的響應(yīng)321
4.10利用MATLAB求解的例子323
本章小結(jié)327
參考文獻(xiàn)327
思考題328
習(xí)題332
設(shè)計(jì)題目347
第5章二自由度系統(tǒng)的振動(dòng)349
5.1引言350
5.2受迫振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分方程353
5.3無(wú)阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)分析354
5.4扭振系統(tǒng)361
5.5坐標(biāo)耦合與主坐標(biāo)364
5.6受迫振動(dòng)分析368
5.7半正定系統(tǒng)371
5.8自激振動(dòng)與穩(wěn)定性分析373
5.9傳遞函數(shù)法374
5.10利用拉普拉斯變換求解375
5.11利用頻率傳遞函數(shù)求解382
5.12利用MATLAB求解的例子384
本章小結(jié)390
參考文獻(xiàn)391
思考題391
習(xí)題394
設(shè)計(jì)題目411
第6章多自由度系統(tǒng)412
6.1引言413
6.2連續(xù)系統(tǒng)模型化為多自由度系統(tǒng)413
6.3運(yùn)用牛頓第二定律推導(dǎo)運(yùn)動(dòng)微分方程414
6.4影響系數(shù)418
6.4.1剛度影響系數(shù)418
6.4.2柔度影響系數(shù)422
6.4.3慣性影響系數(shù)425
6.5以矩陣形式表示的勢(shì)能與動(dòng)能427
6.6廣義坐標(biāo)與廣義力429
6.7用拉格朗日方程推導(dǎo)運(yùn)動(dòng)微分方程430
6.8以矩陣形式表示的無(wú)阻尼系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程433
6.9特征值問(wèn)題434
6.10特征值問(wèn)題的解435
6.10.1特征方程的解435
6.10.2主振型的正交性439
6.10.3重特征值442
6.11展開(kāi)定理444
6.12無(wú)約束系統(tǒng)444
6.13無(wú)阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)447
6.14用模態(tài)分析法求無(wú)阻尼系統(tǒng)的受迫振動(dòng)449
6.15黏性阻尼系統(tǒng)的受迫振動(dòng)454
6.16自激振動(dòng)及其穩(wěn)定性分析458
6.17利用MATLAB求解的例子460
本章小結(jié)468
參考文獻(xiàn)468
思考題469
習(xí)題473
設(shè)計(jì)題目489
第7章多自由度系統(tǒng)固有頻率與振型的近似計(jì)算方法490
7.1引言491
7.2鄧克萊公式491
7.3瑞利法493
7.3.1瑞利商的性質(zhì)494
7.3.2基頻的計(jì)算495
7.3.3梁和軸的基頻496
7.4霍爾茨法498
7.4.1扭振系統(tǒng)499
7.4.2彈簧質(zhì)量系統(tǒng)501
7.5矩陣迭代法502
7.5.1收斂到高階固有頻率503
7.5.2中間某階固有頻率的計(jì)算504
7.6雅可比法508
7.7標(biāo)準(zhǔn)特征值問(wèn)題510
7.7.1柯勒斯基分解511
7.7.2其他解法512
7.8利用MATLAB求解的例子512
本章小結(jié)515
參考文獻(xiàn)516
思考題517
習(xí)題520
設(shè)計(jì)題目526
第8章連續(xù)系統(tǒng)的振動(dòng)527
8.1引言528
8.2弦或索的橫向振動(dòng)528
8.2.1運(yùn)動(dòng)微分方程528
8.2.2初始條件與邊界條件529
8.2.3等截面弦的自由振動(dòng)530
8.2.4兩端固定弦的自由振動(dòng)531
8.2.5行波解533
8.3桿的縱向振動(dòng)534
8.3.1運(yùn)動(dòng)微分方程及其解534
8.3.2振型函數(shù)的正交性536
8.4圓桿或軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)540
8.5梁的橫向振動(dòng)542
8.5.1運(yùn)動(dòng)微分方程542
8.5.2初始條件543
8.5.3自由振動(dòng)544
8.5.4邊界條件545
8.5.5振型函數(shù)的正交性547
8.5.6受迫振動(dòng)549
8.5.7軸向力的影響550
8.5.8轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與剪切變形的影響552
8.5.9其他影響555
8.6薄膜的振動(dòng)555
8.6.1運(yùn)動(dòng)微分方程555
8.6.2初始條件與邊界條件557
8.7瑞利法558
8.8瑞利李茲法559
8.9利用MATLAB求解的例子561
本章小結(jié)564
參考文獻(xiàn)564
思考題566
習(xí)題569
設(shè)計(jì)題目577
第9章振動(dòng)控制578
9.1引言579
9.2振動(dòng)列線圖和振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)579
9.3抑制振源強(qiáng)度583
9.4旋轉(zhuǎn)機(jī)械的平衡583
9.4.1單面平衡583
9.4.2雙面平衡585
9.5軸的渦動(dòng)589
9.5.1運(yùn)動(dòng)微分方程589
9.5.2臨界速度591
9.5.3系統(tǒng)的響應(yīng)591
9.5.4穩(wěn)定性分析593
9.6活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡594
9.6.1氣體壓力變化產(chǎn)生的不平衡力594
9.6.2運(yùn)動(dòng)部件的慣性產(chǎn)生的不平衡力595
9.6.3活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡597
9.7振動(dòng)的控制598
9.8固有頻率的控制599
9.9阻尼的應(yīng)用599
9.10振動(dòng)隔離600
9.10.1具有剛性基礎(chǔ)的振動(dòng)隔離系統(tǒng)602
9.10.2具有支撐運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)隔離系統(tǒng)610
9.10.3具有撓性基礎(chǔ)的振動(dòng)隔離系統(tǒng)615
9.10.4具有部分撓性基礎(chǔ)的振動(dòng)隔離系統(tǒng)616
9.10.5沖擊隔離617
9.10.6主動(dòng)振動(dòng)控制619
9.11吸振器623
9.11.1無(wú)阻尼動(dòng)力吸振器624
9.11.2有阻尼動(dòng)力吸振器627
9.12利用MATLAB求解的例子630
本章小結(jié)639
參考文獻(xiàn)639
思考題641
習(xí)題644
設(shè)計(jì)題目655
第10章振動(dòng)測(cè)量與應(yīng)用656
10.1引言657
10.2傳感器658
10.2.1變電阻傳感器658
10.2.2壓電傳感器660
10.2.3電動(dòng)式傳感器661
10.2.4線性可變差動(dòng)變壓器傳感器661
10.3拾振器662
10.3.1測(cè)振計(jì)663
10.3.2加速度計(jì)664
10.3.3速度計(jì)666
10.3.4相位失真667
10.4頻率測(cè)量?jī)x669
10.5激振器670
10.5.1機(jī)械式激振器670
10.5.2電動(dòng)式激振器671
10.6信號(hào)分析672
10.6.1頻譜分析儀673
10.6.2帶通濾波器673
10.6.3恒百分比帶寬濾波器和恒帶寬濾波器674
10.7機(jī)械和結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)測(cè)試675
10.7.1利用測(cè)量運(yùn)行時(shí)的變形675
10.7.2利用模態(tài)測(cè)試676
10.8實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析676
10.8.1基本觀點(diǎn)676
10.8.2所需儀器676
10.8.3數(shù)字信號(hào)處理678
10.8.4隨機(jī)信號(hào)分析679
10.8.5從觀察到的峰值確定模態(tài)數(shù)據(jù)682
10.8.6根據(jù)奈奎斯特圖確定模態(tài)數(shù)據(jù)683
10.8.7模態(tài)形狀的測(cè)量685
10.9機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷687
10.9.1振動(dòng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)687
10.9.2設(shè)備檢修技術(shù)687
10.9.3機(jī)械運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)技術(shù)688
10.9.4振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)689
10.9.5儀器系統(tǒng)692
10.9.6監(jiān)測(cè)參數(shù)的選取694
10.10利用MATLAB求解的例子694
本章小結(jié)697
參考文獻(xiàn)697
思考題698
習(xí)題702
設(shè)計(jì)題目705
第11章振動(dòng)分析中的數(shù)值積分法707
11.1引言708
11.2有限差分法708
11.3用中心差分法求單自由度系統(tǒng)的響應(yīng)709
11.4用龍格庫(kù)塔法求單自由度系統(tǒng)的響應(yīng)711
11.5用中心差分法求多自由度系統(tǒng)的響應(yīng)713
11.6用有限差分法求連續(xù)系統(tǒng)的響應(yīng)716
11.6.1桿的縱向振動(dòng)716
11.6.2梁的橫向振動(dòng)719
11.7用龍格庫(kù)塔法求多自由度系統(tǒng)的響應(yīng)722
11.8侯伯特法723
11.9威爾遜法726
11.10紐馬克法728
11.11利用MATLAB求解的例子730
本章小結(jié)737
參考文獻(xiàn)737
思考題738
習(xí)題740
第12章有限單元法745
12.1引言746
12.2單元的運(yùn)動(dòng)方程746
12.3質(zhì)量矩陣、剛度矩陣以及載荷向量748
12.3.1桿單元748
12.3.2扭轉(zhuǎn)單元750
12.3.3梁?jiǎn)卧?51
12.4單元矩陣和單元向量的變換753
12.5有限單元集成系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程755
12.6邊界條件的引入756
12.7一致質(zhì)量矩陣和集中質(zhì)量矩陣764
12.7.1桿單元的集中質(zhì)量矩陣764
12.7.2梁?jiǎn)卧募匈|(zhì)量矩陣764
12.7.3集中質(zhì)量矩陣與一致質(zhì)量矩陣的關(guān)系765
12.8利用MATLAB求解的例子766
本章小結(jié)771
參考文獻(xiàn)772
思考題772
習(xí)題775
設(shè)計(jì)題目785
第13章非線性振動(dòng)787
13.1引言788
13.2非線性振動(dòng)問(wèn)題的例子788
13.2.1單擺788
13.2.2機(jī)械顫振,皮帶摩擦系統(tǒng)789
13.2.3變質(zhì)量系統(tǒng)790
13.3精確解法790
13.4近似分析方法791
13.4.1基本原理792
13.4.2林茲泰德（Lindstedt）攝動(dòng)方法794
13.4.3迭代法795
13.4.4李茲伽遼金法798
13.5亞諧振動(dòng)和超諧振動(dòng)800
13.5.1亞諧振動(dòng)800
13.5.2超諧振動(dòng)802
13.6變參數(shù)系統(tǒng)(馬休方程)803
13.7圖解法807
13.7.1相平面法807
13.7.2相速度810
13.7.3繪制相軌跡的方法811
13.7.4根據(jù)相軌跡求時(shí)域解812
13.8平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性813
13.8.1穩(wěn)定性分析813
13.8.2奇點(diǎn)的分類(lèi)814
13.9極限環(huán)816
13.10混沌817
13.10.1具有穩(wěn)定軌道的函數(shù)818
13.10.2具有不穩(wěn)定軌道的函數(shù)819
13.10.3沒(méi)有激勵(lì)項(xiàng)時(shí)達(dá)芬方程的混沌行為820
13.10.4有激勵(lì)項(xiàng)時(shí)達(dá)芬方程的混沌行為822
13.11數(shù)值方法824
13.12利用MATLAB求解的例子824
本章小結(jié)833
參考文獻(xiàn)833
思考題835
習(xí)題838
設(shè)計(jì)題目844
第14章隨機(jī)振動(dòng)845
14.1引言846
14.2隨機(jī)變量與隨機(jī)過(guò)程847
14.3概率分布847
14.4均值與標(biāo)準(zhǔn)差848
14.5幾個(gè)隨機(jī)變量的聯(lián)合概率分布849
14.6隨機(jī)過(guò)程的相關(guān)函數(shù)851
14.7平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程852
14.8高斯隨機(jī)過(guò)程854
14.9傅里葉分析855
14.9.1傅里葉級(jí)數(shù)855
14.9.2傅里葉積分857
14.10功率譜密度859
14.11寬帶和窄帶隨機(jī)過(guò)程861
14.12單自由度系統(tǒng)的響應(yīng)862
14.12.1脈沖響應(yīng)函數(shù)法862
14.12.2頻響函數(shù)法863
14.12.3響應(yīng)函數(shù)的特點(diǎn)864
14.13平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)下的響應(yīng)864
14.13.1脈沖響應(yīng)函數(shù)法865
14.13.2頻響函數(shù)法865
14.14多自由度系統(tǒng)的響應(yīng)869
14.15利用MATLAB求解的例子874
本章小結(jié)877
參考文獻(xiàn)877
思考題878
習(xí)題881
設(shè)計(jì)題目887
附錄A數(shù)學(xué)關(guān)系和材料屬性888
附錄B梁和板的撓度891
附錄C矩陣894
C.1定義894
C.2矩陣的基本運(yùn)算897
參考文獻(xiàn)898
附錄D拉普拉斯變換899
D.1定義899
D.2導(dǎo)數(shù)的拉普拉斯變換900
D.3移位定理900
D.4部分分式法901
D.5卷積積分902
附錄E單位906
參考文獻(xiàn)908
附錄FMATLAB簡(jiǎn)介909
F.1變量909
F.2數(shù)組和矩陣910
F.3特殊結(jié)構(gòu)的數(shù)組910
F.4特殊矩陣911
F.5矩陣運(yùn)算911
F.6MATLAB中的函數(shù)911
F.7復(fù)數(shù)912
F.8M文件912
F.9繪圖913
F.10非線性方程的根914
F.11線性代數(shù)方程組的解914
F.12特征值問(wèn)題的解915
F.13微分方程的解916
部分習(xí)題答案918