振动理论与工程应用

第1篇振动基础
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瞬态忡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
7.15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
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流激励全腔共振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藕合损耗因子的估测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全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浮锋双层隔振装置599
14.3.1一般模型599
14.3.2大型浮锋双层隔振装置固有频率的优化设计601
14.3.3浮锋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最大允许忡击载荷643
15.3.3刚度644
15.3.4静刚度644
15.3.5动刚度644
15.3.6忡击刚度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.