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編輯推薦

適讀人群 ：可作為高等院校船舶與海洋工程專業本科、研究生教材，也可作為從事船舶設計、研究的科研人員和工程技術人員的參考書。
《振動理論與工程應用》可作為大專院校有關船舶、振動專業的教輔書，也可供有關專業的科研及工程技術人員參考.

內容簡介

《振動理論與工程應用》是一本很好的振動理論與船舶振動噪聲控製應用相結閤的教輔書， 《振動理論與工程應用》分為兩篇， 共計15章. 第1篇為振動基礎， 主要運用實例論述單自由度綫性係統的自由振動及其在諧波、周期、非周期激勵下的強迫振動， 兩自由度係統的自由振動和強迫振動， 多自由度係統的自由振動和強迫振動， 多自由度係統固有頻率及主振型的近似解法， 連續係統的振動； 第2篇為振動理論在船舶領域的應用， 包括船舶振動噪聲控製概論、船舶振動噪聲源分析、船體振動、船舶推進軸係振動、船舶結構振動及其控製、船用隔振裝置及其減振元器件技術.

目錄

第1篇振動基礎
第1章單自由度綫性係統的自由振動3
1.1單自由度綫性係統的運動微分方程3
1.2無阻尼係統的自由振動7
1.3確定固有頻率的能量法10
1.4計算等效質量、等效剛度的能量法13
1.5有阻尼係統的自由振動17
1.5.1臨界阻尼情況18
1.5.2過阻尼情況20
1.5.3小阻尼情況23
第2章單自由度綫性係統諧波和周期激勵下的強迫振動30
2.1無阻尼係統諧波激勵下的強迫振動30
2.2有阻尼係統諧波激勵下的強迫振動36
2.3基礎諧波運動激勵下的強迫振動42
2.4不平衡轉子激勵的強迫振動47
2.5強迫振動理論在工程中的應用51
2.5.1示壓計51
2.5.2結構物固有頻率的測定51
2.5.3測振儀51
2.5.4隔振56
2.6轉軸的橫嚮強迫振動63
2.7諧波激勵下的能量平衡67
2.8諧波激勵下的等效阻尼68
2.9周期激勵下的強迫振動73
2.10振動能量收集80
第3章單自由度綫性係統非周期激勵下的強迫振動86
3.1非周期激勵下的強迫振動——捲積積分法86
3.2基礎非周期運動激勵下的強迫振動93
3.3響應譜95
3.4響應的數值解法99
3.5非周期激勵下的強迫振動——拉普拉斯變換法105
3.6瞬態忡擊激勵下的振動隔離112
第4章兩自由度係統的振動117
4.1兩自由度振動係統的運動微分方程117
4.2無阻尼兩自由度係統的自由振動120
4.3拍擊現象126
4.4無阻尼兩自由度係統諧波激勵下的強迫振動130
4.5無阻尼吸振器132
4.6有阻尼兩自由度係統諧波激勵下的強迫振動、有阻尼吸振器139
第5章多自由度係統的振動144
5.1多自由度振動係統的運動微分方程144
5.2推導運動方程的剛度法和柔度法149
5.3多自由度係統的自由振動153
5.4主振型(特徵矢量)的正交性158
5.5等固有頻率的情形161
5.6主振型矩陣和主坐標變換164
5.7固有頻率隨係統參數的變化167
5.8約束的增加對固有頻率的影響169
5.9無阻尼多自由度係統的強迫振動174
5.10有阻尼多自由度係統的強迫振動179
第6章多自由度係統固有頻率及主振型的近似解法185
6.1瑞利能量法185
6.2鄧剋利法(跡法)192
6.3矩陣迭代法194
6.4高階頻率與振型198
6.5瑞利–李茲法202
6.6傳遞矩陣法206
6.6.1質量–彈簧係統的傳遞矩陣解法207
6.6.2扭振係統209
6.6.3梁的橫嚮振動211
第7章連續係統的振動215
7.15的橫嚮振動215
7.2杆的縱嚮振動221
7.2.1杆的縱嚮自由振動221
7.2.2杆的縱嚮強迫振動229
7.3軸的扭轉振動233
7.4梁的彎麯振動235
7.4.1梁的自由彎麯振動235
7.4.2幾種支撐情況下梁的振型函數和固有頻率237
7.4.3振型函數的正交性244
7.4.4梁對初始激勵的響應246
7.4.5梁的強迫彎麯振動247
7.5固有頻率的近似解法250
7.5.1瑞利法250
7.5.2李茲法253
參考文獻255
第2篇船舶機械振動與控製
第8章船舶振動噪聲控製概論259
8.1基本概念259
8.2分貝運算261
8.2.1相乾信號的加減法261
8.2.2非相乾信號的加法261
8.2.3非相乾聲源的減法263
8.3船舶水下噪聲能量概念及聲轉換效率264
8.4水下噪聲的錶現形式266
8.5船舶振動噪聲控製的基本原則266
8.6船舶振動噪聲控製研究頻率範圍的確定267
8.7船舶振動噪聲分析頻段劃分269
8.7.1頻段劃分原則269
8.7.2低頻270
8.7.3中頻270
8.7.4高頻270
8.8船舶聲學設計計算方法的選擇271
8.9船舶聲學設計271
8.9.1從聲學角度齣發選擇最佳的船舶體係架構271
8.9.2船舶結構聲學設計272
8.9.3係統、船舶機械降噪設計272
8.10船舶聲學性能評估273
參考文獻273
第9章船舶振動噪聲源275
9.1船舶噪聲特徵275
9.2流體動力聲源機理278
9.3螺鏇槳激勵280
9.3.1螺鏇槳失衡力280
9.3.2螺鏇槳葉頻力281
9.3.3螺鏇槳錶麵力283
9.3.4螺鏇槳噪聲283
9.4海水拍擊284
9.5流激勵全腔共振284
9.6流激勵舵顫振286
9.7機械振動激勵源288
9.7.1鏇轉不平衡288
9.7.2軸及軸承對鏇轉不平衡的影響293
9.7.3部件碰撞294
9.7.4往復不平衡296
9.7.5活塞拍擊297
9.7.6流體激勵305
9.7.7電磁激勵311
9.8常見船用機械噪聲源313
9.8.1聲源錶述313
9.8.2推進汽輪機聲源級313
9.8.3減速齒輪聲源級314
9.8.4船用汽輪發電機聲源級314
9.8.5泵聲源級315
9.8.6發電機聲源級315
9.8.7電機聲源級316
9.9聲源運動316
9.9.1多普勒頻移317
9.9.2平穩運動對聲級的影響317
9.9.3周期運動317
參考文獻318
第10章船體振動及其控製319
10.1船體振動分析概論319
10.1.1引言319
10.1.2基礎梁理論319
10.1.3船體振動分析方法323
10.1.4附加質量效應338
10.1.5局部效應339
10.1.6淺水效應339
10.1.7急機動339
10.1.8吃水條件340
10.2局部撓性對船體振動的影響340
10.2.1“簧上質量”340
10.2.2局部彈性結構340
10.2.3彈性安裝設備341
10.3船體振動阻尼344
10.3.1概述344
10.3.2船體阻尼分析345
10.3.3測定船體阻尼的方法346
10.3.4升力麵的阻尼作用347
10.3.5船體結構的耗散性能347
10.4船體振動控製348
10.4.1船體設計一般要求348
10.4.2降低螺鏇槳激勵力351
10.4.3避免船體共振352
10.4.4避免局部共振353
10.4.5平衡355
10.5防振裝置359
10.5.1概述359
10.5.2動力吸振器360
10.5.3可調鏇轉偏心質量367
10.5.4同步設計368
參考文獻369
第11章船舶推進軸係振動及其控製371
11.1引言371
11.2扭轉振動371
11.2.1概述371
11.2.2固有頻率分析372
11.2.3扭轉振動阻尼379
11.2.4振幅估算382
11.2.5扭轉振動與尾流形式對推進性能的影響384
11.2.6扭轉振動控製386
11.3縱嚮振動388
11.3.1概述388
11.3.2縱嚮振動分析方法389
11.3.3縱嚮振動分析參數估計404
11.3.4縱嚮振動阻尼410
11.3.5共振幅值計算411
11.3.6推力軸承位置對縱嚮振動的影響412
11.3.7縱嚮振動控製412
11.4迴鏇振動413
11.4.1概述413
11.4.2迴鏇振動分析414
11.4.3迴鏇振動影響因素419
11.4.4迴鏇振動控製422
參考文獻423
第12章船舶結構振動與聲輻射425
12.1引言425
12.2典型船舶結構及其構成425
12.3船舶結構中的波427
12.3.1概述427
12.3.2杆內彈性波431
12.3.3闆內彈性波433
12.3.4圓柱殼體中的彈性波434
12.3.5無限結構中的彈性波435
12.3.6有限結構中的彈性波436
12.4船舶結構機械阻抗446
12.4.1基本概念446
12.4.2集總元件及其組閤單元的阻抗及導納449
12.4.3船舶基礎結構單元的機械阻抗451
12.4.4船舶復閤結構的機械阻抗458
12.5船舶結構振動傳播464
12.5.1概述464
12.5.2均質結構中振動的傳播464
12.5.3具有加強筋的周期結構的波動性質465
12.5.4非均質結構中振動的傳播468
12.5.5非均質結構中的波型變換471
12.5.6聲振吸收472
12.5.7船舶連接結構透射效率和藕閤損耗因子的估測473
12.5.8典型船舶結構的傳遞函數486
12.6船舶結構聲輻射489
12.6.1錶徵聲輻射的參數489
12.6.2吻閤頻率491
12.6.3流體負載的影響493
12.6.4不同激勵條件下無限闆聲輻射497
12.6.5有限闆聲輻射499
12.6.6闆的聲輻射傳遞函數分析503
12.7全氣噪聲嚮結構噪聲的傳遞504
參考文獻505
第13章船舶結構振動控製506
13.1選擇聲學特性適宜的船舶結構506
13.2抗彎剛度對結構聲學特性的影響511
13.3船體結構聲學設計513
13.4船用機械安裝基座聲學設計514
13.5船舶結構共振頻率與激勵頻率的分離516
13.6船舶結構中的反共振現象及其應用523
13.7船舶結構導振性設計525
13.7.1概述525
13.7.2結構間連接部位的導振性527
13.7.3降低船舶結構導振性的方法532
13.8阻性減振技術540
13.8.1概述540
13.8.2阻性減振方法540
13.8.3通過吸振方式降低船體結構振動555
13.8.4吸振阻尼層對船用杆結構振動的衰減557
13.9抗性減振技術560
13.9.1基本原理560
13.9.2降低機械設備的結構振動565
13.9.3杆結構中振動的隔離570
13.9.4降低闆結構的彎麯振動579
參考文獻581
第14章船用隔振裝置技術583
14.1隔振原理583
14.1.1簡單隔振係統583
14.1.2隔振效果的影響因素585
14.1.3雙層隔振係統587
14.2船舶隔振裝置設計590
14.2.1一般步驟590
14.2.2機械設備特性參數的確定590
14.2.3隔振器性能參數的確定593
14.2.4單層隔振裝置模態頻率和模態嚮量計算594
14.2.5雙層隔振裝置模態頻率和模態嚮量計算597
14.2.6隔振裝置穩定性估算599
14.3浮鋒雙層隔振裝置599
14.3.1一般模型599
14.3.2大型浮鋒雙層隔振裝置固有頻率的優化設計601
14.3.3浮鋒雙層隔振裝置的應用608
14.4智能氣囊隔振裝置609
14.5推進動力係統新型隔振裝置613
14.6主被動混閤隔振裝置618
14.6.1概述618
14.6.2主被動混閤隔振係統的動力學分析619
14.6.3控製律設計623
14.6.4實驗研究635
參考文獻639
第15章船用減振元器件641
15.1引言641
15.2隔振器的類型641
15.2.1按決定隔振器彈性特性和阻尼特性的材料分類641
15.2.2按剛度特性分類642
15.2.3其他分類643
15.3隔振器主要性能參數643
15.3.1額定載荷643
15.3.2最大允許忡擊載荷643
15.3.3剛度644
15.3.4靜剛度644
15.3.5動剛度644
15.3.6忡擊剛度644
15.3.7最大允許變形量644
15.3.8固有頻率644
15.3.9阻尼644
15.3.10機械阻抗644
15.4隔振器主要性能測試方法645
15.4.1靜態特性測試645
15.4.2動態特性測試647
15.5隔振器選用的基本原理652
15.5.1隔振器選用的要求652
15.5.2隔振係統模型化652
15.5.3單自由度係統653
15.5.4實際工程中的幾個問題659
15.6隔振措施的應用661
15.6.1積極隔振661
15.6.2消極隔振661
15.6.3半剛性隔振661
15.6.4外部聯接662
15.7隔振器選用實例662
15.8隔振器的安裝方式664
15.9常見的船用低頻隔振器666
15.9.1裝配式低頻隔振器666
15.9.2金屬、橡膠混閤低頻隔振器667
15.9.3氣囊隔振器668
15.10撓性接管672
15.10.1概述672
15.

精彩書摘

第1篇振動基礎
第1章單自由度綫性係統的自由振動
確定係統位置所需獨立坐標的個數，稱為係統的自由度數.振動體的位置或形狀隻需用一個獨立坐標來描述的係統稱為單自由度係統.單自由度綫性係統是最簡單的振動係統，又是最基本的振動係統，這種係統在振動分析中的重要性，一方麵在於很多實際問題都可以簡化為單自由度綫性係統來處理，從而可直接利用對這種係統的研究成果來解決問題；另一方麵在於單自由度係統具有一般振動係統的一些基本特性，實際上，它是對多自由度係統、連續係統，乃至非綫性係統進行振動分析的基礎?
係統僅受到初始條件（初始位移、初始速度）的激勵而引起的振動稱為自由振動；係統在持續外力激勵下的振動稱為強迫振動.自由振動問題雖然比強迫振動問題簡單，但自由振動反映瞭係統內部結構的所有信息，是研究強迫振動的基礎.所以本章研究單自由度係統的自由振動，下兩章將在此基礎上研究單自由度係統在諧波激勵、周期激勵和任意非周期激勵下的強迫振動.
1.1單自由度綫性係統的運動微分方程
首先通過一些實例來介紹單自由度係統的運動微分方程.
例1.1.1設有一質量為m的物體，用一根綫性彈簧（即彈簧力與變形成正比）懸掛起來，而且彈簧的質量與m相比可以忽略不計，如圖1.1.1所示.假定這個物體限製在垂直方嚮運動，那麼確定此物體的位置僅需要一個坐標，因而它是單自由度綫性係統.設在重力作用下，彈賛的伸長為5st，彈賛的彈性係數為.則取物體的靜平衡位置0為坐標原點，垂直嚮下為rr軸.因此物體位置的坐標x就是物體偏離靜平衡位置的位移，而物體在任一位置x所受之力為
由牛頓第二定律及關係式（1.1.1)得運動方程
值得注意的是，由於坐標原點取在平衡位置，重力與彈簧靜變形所産生的彈性力相互抵消，不齣現在方程中，使方程具有最簡單的形式.
例1.1.2在一根軸的下端剛性連接一水平圓盤，如圖1.1.2所示.設圓盤對軸綫的轉動慣量為J，軸的扭轉剛度為Kt，軸的質量可以不計，將圓盤在水平麵內扭轉一角度然後鬆開，圓盤便會在水平麵內作扭轉振動.以圓盤扭轉角v為坐標，並規定逆時針為正，則圓盤的位置完全由v角決定，其運動方程為
圖l.l.l彈賛-質量單自由度係統
例1.1.3如圖1.1.3所示為一單擺.設擺錘的質量為m，擺長為I，取擺偏離鉛直綫的角度e為廣義坐標，逆時針為正，順時針為負，則單擺的運動方程為或
如果隻討論平衡位置附近的運動，即隻討論0較小的情況，滿足sin0《0，則式（1.1.6)可簡化成
這錶明單擺微振動在一定範圍內是綫性振動.
例1.1.4有一質量為m的質點，用兩根張緊的彈性繩固定，如圖1.1.4所示.設繩的初張力為Fq，初始長度為I，彈性模量為E，截麵積為若將質量m(即質量為m的質點）沿水平拉離平衡位置後鬆開，則質量在彈性力的作用下將沿水平綫左右擺動.取質量m偏離平衡位置的位移x為廣義坐標，嚮右為正，則質量m在任何一位置x時，每根彈性繩給質量m的法由牛頓定律得運動方程
當X或略去(i)的高次項，得綫性方程
例1.1.5測振儀如圖1.1.5所示.已知慣性體W的質量為m，其下端支持在彈性常數為的彈簧上，上端鉸接在杠杆AOB的端點B，杠杆與外殼用彈簧K2相聯，杠杆AOB對0軸的轉動慣量為J，彈簧的質量與m相比可以不計，平衡時0B在水平位置，若限製慣性體W在水平方嚮運動，則係統隻有一個自由度.今取W離開平衡位置的位移y為廣義坐標，則係統的動能為
其中，e是杠杆AOB的轉角.
因為y=y=b6，代入式(1.1.13)可得
係統以平衡位置為零點的勢能為
將應和代入拉格朗日方程
得係統的運動方程
例1.1.6圖1.1.6為一簡化的齒條齒輪係統，齒輪半徑為r，慣性極矩為J，齒輪連接軸的扭轉剛度為Ku假設齒輪在齒條上滾動，沒有滑動，齒條質量為m，連接齒條彈簧的剛度為if，取齒條離開平衡位置的水平位移x為廣義坐標，6為齒輪離開平衡位置的角位移，因為齒輪與齒條之間沒有滑動，故有e=x/r，則係統任意時刻的動能為

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