振动阻尼控制和设计PDF格式文档图书下载

1 振动阻尼 1

1.1 概述 1

1.2 阻尼类型 2

1.2.1 材料（内部）阻尼 2

1.2.2 结构阻尼 5

1.2.3 流体阻尼 6

1.3 振动分析中的阻尼表达 8

1.3.1 等效黏性阻尼 9

1.3.2 复刚度 11

1.3.3 损耗因子 13

1.4 阻尼的测量 15

1.4.1 对数衰减法 16

1.4.2 阶跃响应法 17

1.4.3 迟滞回线法 18

1.4.4 放大因子法 19

1.4.5 带宽法 21

1.4.6 备注 23

1.5 界面阻尼 24

1.5.1 旋转界面中的摩擦 27

1.5.2 不稳定性 27

参考文献 28

2 阻尼理论 29

2.1 概述 29

2.2 介绍 31

2.2.1 阻尼的总体概况 31

2.2.2 细节考虑 33

2.2.3 单摆用作仪器研究材料阻尼 35

2.2.4 “底部存在足够的空间” 37

2.3 背景 39

2.3.1 术语 39

2.3.2 一般技术特征 39

2.3.3 主动阻尼和被动阻尼 40

2.3.4 磁流变阻尼 41

2.3.5 Portevin-LeChatelier效应 41

2.3.6 噪声 42

2.3.7 黏弹性 42

2.3.8 记忆效应 43

2.3.9 黏弹性的早期发展历史 43

2.3.10 蠕变 44

2.3.11 拉伸指数 44

2.3.12 分数维微积分 45

2.3.13 修改的库仑阻尼模型 45

2.3.14 松弛 45

2.4 迟滞——更多的细节 46

2.5 阻尼模型 47

2.5.1 黏性阻尼谐振子 47

2.5.2 Q的定义 48

2.5.3 阻尼“红移” 48

2.5.4 强迫振动系统 48

2.5.5 阻尼能量或容量 49

2.5.6 库仑阻尼 49

2.5.7 热弹性阻尼 50

2.6 阻尼的测量 51

2.6.1 传感器的注意事项 51

2.6.2 共模抑制 52

2.6.3 黏性阻尼的案例 53

2.6.4 测量阻尼的另一种方法 53

2.7 迟滞阻尼 54

2.7.1 等效黏性（线性）模型 54

2.7.2 迟滞阻尼实验案例 55

2.8 通用理论的失效 57

2.9 空气影响 57

2.10 噪声和阻尼 58

2.10.1 一般考虑 58

2.10.2 1/f机械噪声案例 59

2.10.3 相位噪声 61

2.11 变换方法 62

2.11.1 一般考虑 62

2.11.2 位数反求 62

2.11.3 小波变换 63

2.11.4 著名的海森伯（Heisenberg）定理 63

2.12 迟滞阻尼 64

2.12.1 物理基础 64

2.12.2 Ruchhardt实验 64

2.12.3 物理摆 65

2.13 内部摩擦 69

2.13.1 关于内部摩擦的测量和说明 69

2.13.2 非振动试样 69

2.13.3 内部摩擦阻尼的等时性 70

2.14 数学技巧——阻尼的线性近似 71

2.14.1 黏性阻尼 71

2.14.2 迟滞阻尼 71

2.15 内部摩擦物理学 72

2.15.1 基本概念 72

2.15.2 错位和缺陷 72

2.16 齐纳（Zener）模型 73

2.16.1 假设 73

2.16.2 模量和损耗的频率依赖性 74

2.16.3 成功的黏弹性模型 75

2.16.4 黏弹性模型的失效 76

2.17 迈向通用型阻尼模型 76

2.17.1 与频率二次方成比例的阻尼容量 76

2.17.2 垂摆和通用型阻尼 77

2.17.3 修正的库仑模型——背景 77

2.17.4 修正的库仑阻尼模型——运动方程 78

2.17.5 模型输出 80

2.17.6 实验案例 81

2.17.7 阻尼与谐波项 84

2.18 非线性 85

2.18.1 一般考虑 85

2.18.2 谐波成分 87

2.18.3 非线性／复杂性以及未来技术 88

2.18.4 微观动力学、细观力学和细观动力学 90

2.18.5 细观非线性复杂之重要性的案例 91

2.19 结语 92

参考文献 92

3 阻尼中的实验技术 97

3.1 电子学方面的思考 97

3.1.1 传感器的线性特征 97

3.1.2 频率问题 98

3.1.3 数据采集 98

3.2 数据处理 99

3.2.1 编程语言 99

3.2.2 积分技术 99

3.2.3 傅里叶变换 99

3.3 传感器的选择 102

3.3.1 直接测量 103

3.3.2 间接测量 103

3.4 阻尼案例 104

3.4.1 案例1：振动棒——带显著噪声的线性阻尼 104

3.4.2 案例2：振动簧片——非线性阻尼案例 105

3.4.3 案例3：地震仪 106

3.4.4 案例4：带有光电门传感器的杆摆 108

3.4.5 案例5：受刀锋下面材料影响的杆摆 110

3.4.6 案例6：低Q值的硬质材料 111

3.4.7 案例7：各向异性的内摩擦 112

3.5 有阻尼的强迫振动振子 114

3.5.1 多功能大学实验仪器 114

3.5.2 强迫振动的谐振子 115

3.6 多元非线性振子 115

3.7 多振型振动 118

3.7.1 系统 118

3.7.2 一些实验结果 119

3.7.3 短时傅里叶变换 119

3.7.4 非线性影响——振型混合 121

3.8 机械噪声之源——内摩擦 122

3.9 黏性阻尼——需要谨慎 123

3.10 空气的影响 125

参考文献 127

4 结构和设备隔震 129

4.1 概述 129

4.2 基础隔震系统机理 131

4.2.1 弹性隔震系统 133

4.2.2 滑动隔震系统 134

4.2.3 带弹性装置的滑动隔震系统 135

4.2.4 法国电力系统 135

4.2.5 结语 136

4.3 带弹性支撑的结构-设备系统 136

4.3.1 带有弹性支撑的基础隔震系统的公式推导 137

4.3.2 自由振动分析 138

4.3.3 结构-设备隔震系统在简谐激励下的动力学 138

4.3.4 演示性案例 141

4.3.5 结语 144

4.4 滑动隔震系统 144

4.4.1 数学建模和公式推导 144

4.4.2 数值分析方法 146

4.4.3 滑动隔震系统的模拟结果 152

4.4.4 结语 160

4.5 带复原装置的滑动隔震系统 161

4.5.1 数学建模和公式推导 162

4.5.2 数值分析方法 163

4.5.3 带复原装置的滑动隔震系统的仿真结果 163

4.5.4 结语 172

4.6 与地震隔离设计有关的话题 172

4.6.1 设计方法 172

4.6.2 静态分析 173

4.6.3 动态分析 175

4.6.4 结语 176

参考文献 177

5 振动控制 180

5.1 简介 180

5.1.1 隔振与吸振 180

5.1.2 吸振与振动控制 180

5.1.3 振动控制系统分类 182

5.1.4 振动控制系统的性能特性 182

5.2 振动控制系统概念 183

5.2.1 简介 183

5.2.2 被动振动控制 183

5.2.3 主动振动控制 185

5.2.4 半主动振动控制 187

5.2.5 可调整振动控制单元 187

5.3 振动控制系统的设计与实现 191

5.3.1 简介 191

5.3.2 吸振器或减振器 191

5.3.3 振动控制系统 203

5.4 实际考虑和相关主题 219

5.4.1 振动控制设计的步骤摘要 219

5.4.2 未来趋势和发展 220

参考文献 220

6 直升机旋翼调谐 226

6.1 概述 226

6.2 基于神经网络的调谐 229

6.3 基于概率的调谐 230

6.4 自适应调谐 232

6.4.1 区间模型 233

6.4.2 可行区域的估计 234

6.4.3 叶片调整的选择 235

6.4.4 学习 235

6.5 案例分析 237

6.5.1 仿真模型 237

6.5.2 区间（IM）建模 238

6.5.3 性能评估 239

6.5.4 结语 242

参考文献 242

7 振动设计与控制 243

7.1 概述 243

7.2 振动限值规范 244

7.2.1 峰值规范 244

7.2.2 均方根值规范 245

7.2.3 频域规范 245

7.3 隔振 247

7.3.1 设计注意事项 252

7.3.2 柔性系统的隔振 254

7.4 旋转机械的平衡 256

7.4.1 静平衡 257

7.4.2 复数／矢量方法 259

7.4.3 动（双平面）平衡 261

7.4.4 平衡的实验步骤 265

7.5 往复式机械的平衡 267

7.5.1 单缸发动机 267

7.5.2 活塞惯性负载的平衡 269

7.5.3 多缸发动机 270

7.5.4 燃烧／压力负荷 273

7.6 轴的涡动 274

7.6.1 运动方程 274

7.6.2 稳态涡动 276

7.6.3 自激振动 279

7.7 通过模态测试进行设计 280

7.7.1 部件修改 280

7.7.2 子结构 284

7.8 振动的被动控制 286

7.8.1 无阻尼吸振器 286

7.8.2 有阻尼吸振器 290

7.8.3 减振器 296

7.9 振动的主动控制 298

7.9.1 主动控制系统 299

7.9.2 控制技术 300

7.10 梁的振动控制 304

7.10.1 梁的动力学状态空间模型 305

7.10.2 控制问题 306

7.10.3 线性阻尼器的使用 307

参考文献 310

附录7A MATLAB控制系统工具箱 310

8 结构动力修改与灵敏度分析 319

8.1 概述 319

8.2 有限元模型的结构动力学修改 319

8.3 振动模态的摄动法 321

8.3.1 稀疏模态的一阶摄动模型 321

8.3.2 稀疏模态的二阶摄动模型 321

8.3.3 数值计算案例 322

8.4 结构振动模态的设计灵敏度分析 326

8.4.1 灵敏度分析的直接微分法 326

8.4.2 摄动灵敏度分析 326

8.4.3 数值计算案例 328

8.4.4 结语 329

8.5 模态灵敏度分析的高精度模态叠加 329

8.5.1 方法一 329

8.5.2 方法二 330

8.6 自由-自由结构特征矢量的灵敏度 330

8.7 重模态的矩阵摄动理论 331

8.7.1 基本方程 331

8.7.2 特征解的一阶摄动 332

8.7.3 针对重模态的一阶摄动的高精度模态叠加 332

8.8 密集模态特征值的矩阵摄动法 334

8.8.1 密集模态特征值的摄动分析方法一 334

8.8.2 密集模态特征值摄动分析方法二 336

8.8.3 结语 338

8.9 复模态的矩阵摄动理论 339

8.9.1 基本方程 339

8.9.2 稀疏模态的矩阵摄动法 340

8.9.3 特征矢量偏导数的高精度模态叠加 342

8.9.4 非亏损系统重特征值的矩阵摄动 344

8.9.5 非对称矩阵密集特征值的矩阵摄动 346

参考文献 347

9 旋转机械振动 348

9.1 概述 348

9.2 振动基础 352

9.2.1 强迫振动 352

9.2.2 自激振动 356

9.2.3 参数的不稳定性 361

9.2.4 扭转振动 362

9.3 转子动力学分析 363

9.3.1 分析方法 363

9.3.2 建模 369

9.3.3 设计 376

9.4 振动测量和技术 381

9.4.1 测量单位 381

9.4.2 测量参数及方法 382

9.5 振动控制和诊断 383

9.5.1 标准和规范 383

9.5.2 振源识别 386

9.5.3 振动分析-案例研究 392

参考文献 397

10 机床再生颤振 401

10.1 概述 401

10.2 车削加工中的颤振及案例分析 402

10.3 端铣加工中的颤振及案例分析 408

10.4 时域模拟及案例分析 413

10.5 颤振检测及案例分析 418

10.6 颤振抑制及案例分析 420

10.6.1 主轴转速选择 420

10.6.2 进给量与切削深度选择 421

10.6.3 主轴转速变化 422

10.7 个案研究 424

参考文献 427

11 流致振动 429

11.1 海洋环境描述 429

11.1.1 谱密度 430

11.1.2 海浪谱密度 433

11.1.3 时间序列逼近谱密度 437

11.1.4 由谱密度生成时间序列 437

11.1.5 短期项统计 438

11.1.6 长期项统计 441

11.1.7 结语 444

11.2 流体力 445

11.2.1 波浪力状态 446

11.2.2 作用于小结构上的波浪力——Morison方程 447

11.2.3 涡流诱导的振动 450

11.2.4 结语 452

11.3 举例 453

11.3.1 拖拽电缆的静止状态 453

11.3.2 作用于铰接塔上的流体力 454

11.3.3 显著波高分布——Weibull分布和Gumbel分布 456

11.3.4 重构给定显著波高的时间序列 459

11.3.5 可用的数值计算程序 460

参考文献 461

12 声级和分贝 463

12.1 概述 463

12.2 声波特性 463

12.3 声级和分贝 465

12.3.1 声功率级 465

12.3.2 声压级 465

12.3.3 总声压级 466

13 听力及其心理学效应 467

13.1 导论 467

13.2 人耳的结构及功能 467

13.3 频率与响度响应 468

13.4 听力损失 469

13.5 噪声的心理学效应 470

13.5.1 响度说明 470

13.5.2 噪声标准曲线 472

13.5.3 声级 473

参考文献 474

14 噪声控制标准与法规 475

14.1 导论 475

14.2 噪声政策背后的基本思想 475

14.3 立法 476

14.3.1 行动计划 476

14.3.2 欧盟委员会公布的数据 477

14.3.3 对欧盟后续行动的建议 477

14.4 法规 477

14.5 评定噪声的方法 478

参考文献 481

15 仪器仪表 482

15.1 声强测量 482

15.1.1 理论背景 482

15.1.2 测量方法 482

15.1.3 声强测量的误差 483

15.1.4 应用 483

15.2 镜面-传声器系统 484

15.2.1 测量原理 484

15.2.2 应用 486

15.3 传声器阵列 487

15.3.1 传声器阵列的原理 487

15.3.2 阵列的指向性模式 488

15.3.3 应用 489

参考文献 490

16 噪声源 491

16.1 概述 491

16.2 声辐射 491

16.2.1 点声源 491

16.2.2 有限体积的声源 494

16.2.3 由平面声源产生的辐射 496

16.2.4 噪声源声功率估计 499

参考文献 501

17 吸声设计 502

17.1 概述 502

17.2 吸声基础 502

17.3 吸声材料 504

17.3.1 多孔材料 504

17.3.2 管状材料 504

17.3.3 膜材料 504

17.3.4 穿孔板 504

17.3.5 谐振腔 506

17.4 复合墙体声学特性计算 506

17.4.1 多孔毯状物与板材组合的吸收系数 506

17.4.2 穿过一张多孔板的传声损失 508

17.4.3 通过复合夹心板的传声损失 508

17.5 内衬管的衰减 510

17.5.1 内衬管中衰减量的计算 510

17.5.2 内衬弯管中的声衰减 511

17.5.3 分离器内衬管道中的衰减 512

17.6 阻性消声器的衰减 513

17.6.1 一个内衬膨胀室的传声损失 513

17.6.2 一个送风静压箱／充气室的传声损失 515

17.7 一般考虑 515

17.7.1 对于有衬里的声学材料的表面处理 515

17.7.2 气流速度 516

17.7.3 气体温度 516

17.7.4 暴露在灰尘和水中 517

17.8 阻性消声器的实际例子 517

参考文献 520

18 抗性消声器设计 521

18.1 概述 521

18.2 基本关系式 521

18.2.1 分析模型 521

18.2.2 边界条件 522

18.3 抗性消声器的效果 523

18.3.1 插入损失 523

18.3.2 传声损失 524

18.4 计算步骤 525

18.5 模型的运用范围 530

18.5.1 平面波的近似条件 530

18.5.2 温度的影响 530

18.5.3 管中气体流动的影响 530

18.5.4 管中摩擦损失的影响 530

18.6 实际案例：用于往复式压缩机的膨胀类消声器 531

参考文献 533

19 隔声设计 534

19.1 隔声理论 534

19.1.1 隔声表述 534

19.1.2 单面墙的传递损失 534

19.1.3 多面板的传声损失 538

19.1.4 带有声桥的复合墙的传播损失 543

19.2 隔声的应用 546

19.2.1 隔声罩 546

19.2.2 隔声护层 549

参考文献 553

20 统计能量分析 554

20.1 概述 554

20.2 功率流方程 554

20.2.1 两子系统结构的功率流方程式 555

20.2.2 多子系统结构的功率流方程式 556

20.3 统计能量分析（SEA）参数的估计 556

20.3.1 模态密度 556

20.3.2 内部损耗因子 557

20.3.3 耦合损耗因子 558

20.3.4 输入功率 559

20.4 结构上的应用 559

20.4.1 在拖拉机驾驶室噪声预测中的应用 559

20.4.2 在建筑物噪声和振动预测中的应用 559

参考文献 562

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