振动力学基础与matlab应用_【日文好书推荐】振动与噪声控制技术for机械设计者...

译者：穆瑞林-天津科技大学

前言

第一章 机械设计开发•设计者对振动•噪声技术入门所需必要基础技术详细分类介绍

1-1 振动和声波存在相同的放射特性，但物理表征上的区别是什么？

1-2 相同的波动特性，声波和振动处理时的频率上限为何不同？

1-3 持续时间在 200ms 以下声音人类好像无法感知？

1-4 低频噪声听觉上不喧嚣？

1-5 噪声可大致分为固体传播声与空气传播声，两种噪声的解决方法也截然不同。(制定噪声解决方案时首要问题是明确固体声与空气传播声，而振动产生的声音的声放射功率又是什么？)

1-6 物体分为质点、刚体、连续体三类(物体的力学模型由此而定，这一点很重要。而这三类物体又都是什么样的呢？)

1-7 振动物体模型化方法(质量，刚度，阻尼)

茶歇时间 线性单自由度振动方程中的线性是什么？

茶歇时间 建模时自由度如何选择？

1-8 基于达朗伯原理的振动数学方程表达式

静力学中力学平衡时物体处于静止状态， 因此通过等式可得力学平衡方程。对于振动领域，虽然物体在运动， 仍可利用力学平衡方程列出振动的表达式。这是为什么呢？

1-9 力学可大致分为静力学和动力学。静力学和动力学又有什么区别呢？

1-10 静刚度和动刚度有什么区别呢？

1-11 虽然总言之都是物体的质量，但质量又分为静质量和动质量(等价质量)。它们又有什么区别呢？

1-12 比例粘性阻尼力为什么和物体的振动速度成比例关系呢？

1-13 什么是无阻尼固有频率和有阻尼固有频率？固有频率又是什么呢？

茶歇时间 无阻尼固有频率、有阻尼固有频率、共振频率

1-14 振动的振型是什么？它又和有阻尼固有频率有什么关系呢？

茶歇时间 时不变、集中参数(理想质量、理想弹簧系数) 系统中思考一下自由度数和固有频率数之间的关系。

1-15 通过克拉尼图形和频闪观测器可知简单形状物体的固有频率和振型。

1-16 世间的物体并不是单自由度振动，但振动技术专业书里对线性单自由度振动理论大篇幅讲解是为何？

1-17 扭矩是什么？这在扭转振动中很重要，看看它具体的样子吧。

1-18 利用直线运动的牛顿运动方程(第二定律)可以导出扭转运动方程。如何进行推导的呢？

1-19 动量矩和角动量的关系？

1-20 直线运动与扭转运动，工程师应该怎么理解怎么处理好呢？

1-21 极惯性矩(截面二次极矩)与转动惯性的区别。

1-22 旋转不平衡质量引起的振动与危险速度。

1-23 扭转振动固有频率求法。

1-24 机械和装置等的有阻尼固有频率测量理论。

茶歇时间 时域信号(傅里叶逆变化) 和频域信号(傅里叶正变化)的区别？频响函数又是什么？

茶歇时间 快速傅里叶变换(FFT)时测量者必须掌握的知识。

茶歇时间 各种频响函数的叫法(名词解释)。

详解 从加速度频响曲线向位移、 速度频响曲线变换时的积分特性。

详解 实测加速度频响曲线中固有频率的验证。

详解 测定时过载指示器(保持线性)经常查看了吗？

1-25 多自由度(两自由度以上)的线性有阻尼振动的牛顿运动方程的建立方法与矩阵表达式。

1-26 振动加速度传感器的接触共振频率是什么？

茶歇时间 振动加速度传感器选择时重量很重要， MEMS(微机电系统)的振动传感器又是什么？

1-27 重要！振动加速度传感器数据线的使用注意事项。

1-28 有限元中经常使用的场理论偏微分方程是什么？以声的波动方程为例试着解释场的偏微分方程。

详解 非定常波动方程到定常(时不变) 波动方程的推导

详解 流体和电磁场中常用矢量解析数学关键知识点详解

1-29 近场声能漩涡是什么？(振动辐射声的发生机制分为近场声场和远场声场， 而所有振动能量的辐射声未必都能到达远场)

茶歇时间 什么是场？近场声场的界限简单判断方法？

详解 声强是基于什么理论测量的？声强测量的直接法和间接法又是什么？

1-30 振动、噪声专业里经常使用复数表达式。为什么要使用复数表示呢？

茶歇时间 任意大小的相位用数学公式表达时？

1-31 虽然振动加速度快速傅里叶变换后两次积分可得位移，但最好不要使用这个位移数据。

茶歇时间 振动加速度传感器的纵向灵敏度和横向灵敏度

1-32 空气的粒子速度是什么？粒子速度和声的传播速度是不同的。

1-33 有限元对于振动解析方法的种类与概要(机械专业)

茶歇时间 有限元的简单解释

第二章 机械开发•设计者必需的振动•噪声控制技术及解决问题的技术

2-1 卷积积分、频响函数、 相干函数是什么？

2-2 模态置信度(MAC)是什么？

2-3 炼钢厂燃烧炉的燃烧噪声控制.

2-4 高密度电子器件的集成印刷电路板的噪声源探知方法。大副降低噪声的简单方法是什么？

茶歇时间 常用噪声计能够测量20分贝的噪声吗？

2-5 振动越大未必辐射噪声就越大。需要考虑振动物体的辐射声功率。(通常细长板辐射声功率要比正方形板小很多)

2-6 冲击振动(脉冲) 的持续时间越长频带就越窄。

2-7 振动测量时振动加速度传感器要如何固定？

2-8 自己测量的数据分析时感觉不正确(数据奇怪、可疑) 的又一案例

2-9 圆形防振橡胶隔振系统的固有频率计算方法

茶歇时间 质量-弹簧系统中刚体的固有频率与位移求解公式的推导

茶歇时间 适用于实际工程的质量-弹簧系统的固有频率求解方法

2-10 共振无法避免时可增加阻尼降低共振的影响

2-11 线圈弹簧设计与选型的失误很多。实际应用中避免线圈弹簧共振的设计方法与计算。

2-12(固有值解析方法可分为正规固有值解析法与一般固有值解析法。)实数固有振型解析时求解的不是绝对值而只是比值的理由？两种固有值解析方法的关系与计算。

详解 正规固有值解析法与一般固有值解析法相同的理由

详解 固有值解析中矩阵[A]的求解方法

茶歇时间 实数固有振型解析时求解的不是绝对值而只是比值的理由

2-13 为避免共振控制零、 部件固有频率范围的设计计算实例

2-14 基于有限元的实数固有振型模拟分析机械外壳的问题及解决方案

2-15 实例分析：实际工程中静刚度和动刚度的区别很大。

2-16 扭转振动系统转换为直线振动系统的固有频率计算方法。

2-17 粘滑现象中自激振动的模型化及与相对速度的依存度。

2-18 实际工程应用中的物理降噪(被动)与主动降噪

茶歇时间 日本主动降噪技术的历史由来的概述

茶歇时间 实际工程主动降噪使用窍门

茶歇时间 各种控制理论简介

2-19 工厂的低成本降噪方法是什么？降噪施工不再求人！

2-20 空气吸收引起的衰减与低频噪声解决实例

2-21(办公区域与厂房内机械的噪声无法正确测量是由于声波反射与驻波所导致的。)驻波引起的噪声问题与解决方案。

2-22 工程应用中通过简单的测量数据求解转动惯量的方法

2-23 动力吸振器最合适的设计方法是什么？

2-24 简便的等效质量法！工程中应用等效质量法进行动力吸振器的设计方法是什么？

2-25 悬臂梁结构产品的固有频率计算方法

2-26 简述用实测频响函数的模态识别解析

2-27 线性单自由度有阻尼振动的仿真建模(可通过 Matlab 的 Simulink 快速建模)

2-28 实际工程应用中的被动振动控制技术与主动振动控制技术

2-29 振动传感器的网络化方法

2-30 基于机器学习的振动故障诊断方法

2-31 应用 MBD 技术对多物理场现象进行先行研究、开发与设计。培养发现物理现象本质并用数学公式表达出来的能力。

结束语

译者：王斌-沈阳建筑大学

前言

第1部分 按项目解说机械的开发·设计者为了理解振动·噪音技术所必要的基础技术

1-1振动和声音都是波动现象，那么作为物理现象有什么区别呢?

1-2虽是同样的波的现象(波动现象)，用声音和振动处理的上限频率不同是为什么呢?

1-3声音持续时间在200msec以下的话，人好像没有注意到声音的存在!

1-4频率低的噪音更不会让人觉得吵!

1-5噪音大致可以分为固体声和空气声。不同噪音有完全不同的噪音对策。(因此，重中之重是明确成为问题的噪音，究竟是固体声，还是空气声。另外，振动产生的声音的声学辐射效率是?)

1-6其实物体有三种。它们是质点、刚体、连续体。(这是出乎意料重要的事情。由此不断构筑了关于各种物体的力学。这三个种类分别是什么样的物体呢?)

1-7振动体的建模方法(质量，刚度，衰减)

线形1自由度振动方程中的线形是什么?

用什么自由度建模?

1-8根据达朗贝尔原理，振动可以用方程式来表示!

在静力学中，当力量平衡时，物体是静止的。可以使用等号来创建平衡的等式。振动的物体尽管在运动，我们也建立了一个平衡力的公式，用公式来表示振动。为什么呢?

1-9力学大致可分为静力学和动力学。静力学和动力学，差异是什么?

1-10静刚性和动刚性，有什么区别呢?

1-11一句话描述物体的质量，有静态质量和动态质量(等效质量)。有什么不同呢?

1-12比例粘性衰减力，为什么与物体的振动速度成正比呢?

1-13非衰减固有振动频率、衰减固有振动频率是指什么?固有的振动频率是什么?

非衰减固有振动数、衰减固有振动数、共振振动数

1-14振动模式是?与灭衰固有振动数的关系是?

试着考虑在集中常数系统中的自由度和固有振动数的总和吧!

1-15简单形状的物体的固有振动频率和振动模式可以通过克拉德尼图形和闪光灯来得到。

1-16世界上的物体在1自由度系统中不振动，为什么在振动的技术专著中，线型1自由度系统的振动理论用多页去解说呢?

1-17什么是旋转力矩?这对于考虑旋转振动是很重要的，所以我们尝试具像化吧。

1-18从直线的牛顿运动方程式，可以导出旋转的运动方法程式。方法是？

1-19旋转的强度和角动量有什么关系?

1-20直线运动和旋转运动，作为工程师如何思考和使用才好呢?

1-21截面2次力矩和惯性力矩，有何不同?

1-22转轴的摆动和危险速度

1-23扭力振动的固有振动数的求法

1-24测量机器或装置等物体衰减的固有振动频率的理论是?

傅立叶频谱和功率谱之间的差异是?频率响应读数

FFT(快速傅立叶变换)的使用中，操作者必须决定的事

各种频率响应数的叫法

再深入些：FFT中函数→移动性→屈从变换的积分特性

再深入些：从实际频率响应函数的测量数据检查是否为谐振频率!

再深入些：你在测量的时候经常监视超负荷指示符(超载指示符)吗?

1-25多自由度(2自由度以上)线性衰减振荡的牛顿运动方程式及其矩阵的表示方法

1-26振动加速度拾取器的接触谐振频率是?

选择振动加速度拾音器时重量很重要，MEMS的振动传感器是指?

1-27要注意!振动加速度拾音器的电缆处理要领

1-28有限元素法等使用的“场的支配方程式”是怎样的东西?

作为场的支配方程式的例子，仔细考虑一下声音的波动方程式吧!

再深入些：从非定常的波动方程式导出波动方程式

再深入些：在流体和电磁场中也经常使用的向量解析的数学要点解说

1-29(振动辐射声的产生机制包括近声场和远声场。从现在开始，并不是所有的振动能量所发出的声音都能到达远声场。)近声场中的声能漩涡是什么?

场是?如何简单地确认到哪里是近声场？

再深入些：声响随机城市是基于怎样的理论来测量的呢?声响随机城市测量的直接法和间接法是?

1-30振动·噪音领域，复数很普通地被使用。为什么要使用复数呢?

如何用数学公式来表示任意大小的相位?

1-31振动加速度在FFT中积分2次就会变位，最好不要使用变位数据。

振动加速度拾取器的纵向灵敏度和横向灵敏度

1-32空气的粒子速度是?粒子速度和声音的传播速度是不一样的!

1-33有限要素法的振动分析的种类和概要(机械领域)

有限元件法用简短的语言单刀直入地说明

第2部分 机器的开发·设计者需要的振动·噪音的降低技术和问题解决技术

2-1卷积，频率响应函数，相干函数是?

2-2模式可靠性评价标准(MAC)是?

2-3钢铁厂燃烧炉的燃烧声音的降低

2-4在高密度安装电子部件的印刷电路板上，找到哪些部件是噪音源的方法?在这种情况下，求最大降低值的简单方法是?

用通常使用的噪音计能测定20db (A)大小的噪音吗?

2-5大的振动会发出大的噪音，这是错误的。必须考虑振动体的声学辐射效率。(另外，如果将正方板和细长板进行比较，细长板的声学辐射效率通常会降低。)

2-6冲击振动，随着时间跨度的增大，频率范围的缩小会!

2-7在测量振动时，用怎样的方法来提升振动加速度?

2-8对于自己实测的测量数据，测量的瞬间感到不协调(这个数据很奇怪)的另一个例子

2-9用圆形防震橡胶进行防震支撑的系统整体的固有振动数的计算方法

试着导出帕内玛斯刚体固有振动数求导式和位移求导式吧

为了在实务工程中活用帕内玛斯刚体固有振动数求导式，请试着变形!

2-10在不能避免谐振的时候，可以通过倾销(衰减)来减弱谐振的程度!

2-11意外地多的螺旋弹簧的设计·选定失败!实务中的不连续螺旋弹簧的设计方法和计算例题!

2-12(固有值解析分为“标准的固有值解析”和“一般的固有值解析”。) 在根据固有值分析的振动模式中，不能求绝对值而只能求相似比的原因是? 这两个固有值分析的关系和计算例子

再深入些：“一般的固有值问题”和“标准的固有值问题”等价的理由

再深入些：固有值解析的矩阵[A] 计算方法

在根据固有值分析的振动模式中，不能求绝对值而只能求相似比的原因

2-13部件或单元的固有振动频率值限定在一定范围内，以避免谐振的设计计算方法案例

2-14根据有限要素法的实固有值分析的，机械盖的问题点的提取，及其对策

2-15用实例来考虑吧!实际的机械设计静刚性和动刚性这么不同!

2-16将扭力振动系统置换为直线振动系统，计算固有振动数的方法

2-17棒状打滑时的自励振动建模，以及相对速度依存性

2-18从实务工程的观点来看被动消音和主动消音

日本ANC的历史概况

实务中的有效噪声控制方法

关于各种控制理论

2-19工厂的隔音对策比较经济的方法是?隔音工程不需要找隔音工程公司，自己就够了!

2-20空气中声音的吸音率，和超低频声音对策的实际例子

2-21(在正常的办公室和工厂里无法准确测量机械噪音。因为会产生声学反射和驻波。)根据驻波实际发生的噪音问题，及其解决方法!

2-22根据实务中马上就能使用的实验数据，来求惯性力矩的方法是?

2-23动吸振动器的最佳设计理论是?

2-24 等价质量同定法非常方便！使用等价质量同定法的动吸振器的实务设计法是?

2-25片夹层结构产品的固有振动频率计算方法

2-26实验模式解析?简单地说

2-27试着在控制工学的普洛克线图上描绘线型1自由度系衰减振动。(这样表示的话，马上就能画在MATLAB的Simulink上。)

2-28从实务工程的角度来看振动的被动控制技术和主动控制技术

2-29振动传感器的1oT化方法

2-30使用机器学习的振动的故障预知诊断的方法

2-31通过模型·基础·设计(MBD)的前加载，对多种物理现象进行研究、开发、设计。怎样才能洞悉正在发生的物理现象的本质，并掌握将其用数学公式表示的技术?

结语