振动理论及工程应用 第2版 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘习军 著

图书标签:

• 振动理论
• 机械振动
• 工程应用
• 结构动力学
• 振动分析
• 模态分析
• 有限元分析
• 振动控制
• 机械工程
• 动力学

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111581161

版次：2

商品编码：12279281

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： “十三五”国家重点出版物出版规划项目 世界名校名家基础教育系列

开本：16开

出版时间：2018-01-01

用纸：胶版纸

页数：280

内容简介

本书主要包括三方面的内容：第壹，结合单自由度、两自由度、多自由度和连续系统论述了振动理论的基本概念和基本分析方法；第二，介绍了振动理论中的近似计算方法及工程上通用的有限元法；第三介绍了振动理论在工程中的应用的例及减振技术，利用简单实例说明了非线性振动的基本概念及应用。本书是传统纸质教材与移动互联网教学相结合的多媒体教材，通过二维码引入大量的教学辅助资源，包括重点知识点详细讲解的微视频、动画、重点（要点）提示、较难习题解答思路提示等，使读者更易于理解掌握本书的内容。为便于广大读者理解振动的概念和理论，利用天津大学的国家资源共享课“工程振动与测试”的网上资源(http://www.icourses.cn/coursestatic/course_2244.html)，本书采用模块式结构，其内容丰富，通俗易懂，由浅入深，以务实、应用为根本，便于学习。本书既可作为高等工科院校的高年级本科生和研究生的教材，也适用于从事机械、航空、航天、船舶、车辆、建筑和水利等的工程技术人员参考。

目录

第2 版前言
第1 版前言
第1 章　振动的基本知识 1
　1. 1　振动及其分类 1
　1. 2　振动激励函数 2
　1. 3　简谐振动 5
　1. 4　周期振动的谐波分析 8
　1. 5　非周期函数的连续频谱 11
　1. 6　拉普拉斯变换 12
　习题 15
第2 章　单自由度系统的振动 17
　2. 1　无阻尼系统的自由振动 17
　2. 2　计算固有频率的能量法 22
　2. 3　瑞利法 23
　2. 4　有阻尼系统的衰减振动 25
　2. 5　简谐激励作用下的受迫振动 29
　2. 6　周期激励作用下的受迫振动 42
　2. 7　任意激励作用下的受迫振动 44
　2. 8　响应谱 51
　习题 52
第3 章　两自由度系统的振动 57
　3. 1　两自由度系统的自由振动 57
　3. 2　两自由度系统的受迫振动 63
　3. 3　坐标的耦联 64
　3. 4　拍振 67
　习题 70
第4 章　多自由度系统的振动 72
　4. 1　多自由度系统的运动微分方程 72
　4. 2　固有频率　主振型 80
　4. 3　主坐标和正则坐标 86
　4. 4　固有频率相等的情形 93
　4. 5　无阻尼振动系统对初始条件的
响应 100
　4. 6　质量、刚度的变化对固有频率的
影响 104
　4. 7　无阻尼振动系统对激励的响应 106
　4. 8　有阻尼振动系统对激励的响应 109
习题 114
第5 章　多自由度系统振动的近似
计算方法 119
　5. 1　瑞利能量法 119
　5. 2　里兹法 122
　5. 3　邓克莱法 125
　5. 4　矩阵迭代法 126
　5. 5　子空间迭代法 130
　5. 6　传递矩阵法 134
　习题 142
第6 章　弹性体的振动 144
　6. 1　杆的纵向自由振动 144
　6. 2　杆的纵向受迫振动 151
　6. 3　梁的横向自由振动 156
　6. 4　梁的横向受迫振动 161
　6. 5　转动惯量、剪切变形和轴向力对梁
横向振动的影响 166
　6. 6　梁横向振动的近似解法 169
　. 6. 7　弹性体的复杂振动 176
　习题 191
第7 章　振动分析的有限元法 195
　7. 1　单元体的运动方程式 195
　7. 2　单元体的特性分析 197
　7. 3　坐标转换 203
　7. 4　固有频率及主振型 208
　7. 5　系统的响应 211
　习题 214
第8 章　减振技术 215
　8. 1　减振的基本概念 215
　8. 2　隔振 216
　8. 3　阻尼消振 218
　8. 4　动力吸振器 222
　8. 5　振动的主动控制技术 229
　习题 230
第9 章　非线性振动 231
　9. 1　非线性振动的例子 231
　9. 2　相平面　平衡点 233
9. 3　保守系统 235
　9. 4　非保守系统 237
　9. 5　摄动法 244
　9. 6　平均法 246
　9. 7　多尺度法 258
　习题 261
附录 263
　附录A　简单弹性元件的刚度系数 263
　附录B　等效质量、等效刚度系数与等效
阻尼系数 264
　附录C　部分习题参考答案 266
参考文献 280

前言/序言

2016 年出版的第1 版《振动理论及工程应用》教材, 得到了国内一些院校的选用, 在教学实践中受到了广大师生的欢迎和好评。同时我们也收到了一些很好的意见和建议, 为更好地满足广大读者的需要, 我们又编写了第2 版。
第2 版保持了第1 版的体系和风格, 通过对不同章节的选择, 可供不同学时的课程使用。第2 版对全书的内容做了必要的增删和修改, 并修正了第1 版中的错误。在此次修订中, 将弹性体的复杂振动调整为选修章节, 以“ .” 表示, 在教学中, 不同的学校可以根据专业及学时的不同需要进行选取, 以扩展本版教材的使用范围。为了更适于教师讲授和学生自学, 配套出版了《振动理论及工程应用辅导与习题解答》。
在本版教材中, 主要进行了以下三方面的改进。
一、在本版教材中利用二维码链接资源来实现“ 助教” 的功能, 这是传统纸质教材与移动网络教学的有机结合, 从而实现了移动学习。教材中每一页的页码处附有二维码, 扫描二维码可得到该页的要点提示、动画、解题思路、思考题、问答题等。例如: ①对主要知识点进行了要点提示。②有关例题和习题对应的振型动画等。③为加深基本概念的理解, 在相应页码引入了思考题、判断题、问答题和选择题等, 所有题都是围绕本章的基本概念展开。
④对于较难的习题, 提供该题的解题思路和方法提示。
二、在部分章节增加了实验结果录像( 视频) , 例如: 悬臂梁的振型实验、振型叠加法的验证、车桥耦合模态分析( 传递函数法和自然环境法) 等。使读者能从实验中体会和理解重要概念。为了使读者更深入了解振动的有关应用, 视频中还添加了“ 中华文物龙洗现象” “ 中华文物编钟现象” 等专家讲座。
三、为了读者自学方便, 并快速掌握章节的重点, 教材采取了双色印刷, 对文字中的重点部分进行了标注。在结构图和机构图中对不同的构件采用不同的颜色绘制, 使读者更易理解和掌握。
以上三方面是本版教材的一次创新性的改进, 贯彻了移动学习和服务于学习者这一理念, 其中利用二维码链接资源, 使概念形象化、图形结构立体化这一“ 助教” 功能得以实现, 很好地弥补了传统教材依靠文字和简图表达的局限性, 并且还可对书中的内容进行扩展和深化。
第2 版的修订工作和二维码链接的资源主要是由刘习军教授和张素侠副教授完成的。李想、施睿智、崔福将等同志参加了制图和标注工作, 周安琪、陈胜利、陈迪、田冲、王正飞、简正坤、李想等同志参加了审校等工作。教研室的部分教师参加了对修改内容的讨论。
本书虽经多次修改, 但限于水平, 难免有错误和不妥之处, 望读者不吝指正。
在教材中利用二维码链接资源来进行辅助教学, 对我们来说, 还是首次尝试, 难免有一些不尽如人意的地方。二维码链接的内容可以随时进行升级、扩展和完善, 读者如有任何宝贵的意见和建议, 可随时联系我们( lxijun@ tju.edu.cn 或ajiang2001@ sina.com) 进行修改,在此致谢。
编　者于天津大学
第1 版前言振动问题是近代物理学和科学技术众多领域中的重要课题。随着生产技术的发展, 动力结构有向大型化、高速化、复杂化和轻量化发展的趋势, 由此带来的振动问题更为突出。振动理论在当今不仅作为基础科学的一个重要分支, 而且正走向工程科学发展的道路, 它在机械、航空、航天、船舶、车辆、建筑和水利等工业技术部门中占有愈来愈重要的地位。
因此, 许多学校在力学、机械、航空、航天、船舶、车辆、建筑、土木和水利等专业开设了相关的振动理论课程, 并且在2013 年为适应工程建设的需要, 天津大学的国家资源共享课程“ 工程振动与测试” 在网上( http: / / www. icourses. cn/ coursestatic/ course_2244. html)免费公开了教学及实验等全程录像, 以便于大家以网络形式学习, 为全程教育提供了平台。
本书正是基于这一需求, 集成了振动的基本理论和工程应用两大模块, 它们相辅相成、融会贯通, 又独立成章, 以利于读者参考、查阅及自学。本书在编写中本着由浅入深、通俗易懂的原则, 以务实为根本, 着重介绍了有关的基本概念和原理, 从而避免了烦琐的数学推导。
它为工程技术人员的初学和应用创造了有利条件。
本书在编写方法上, 一是确定了基本要求和学习重点, 加强了基本概念、基本理论和基本分析方法的应用; 二是适度加强了基本功训练, 引导学习者首先掌握分析问题的方法和思路, 进而增强逻辑思维能力和解决问题的能力; 三是大胆地推陈出新, 提高起点, 结合工程实际阐述其原理, 使其易学易懂, 既反映了现代分析方法, 又解决了实际问题, 从而形成了本书的特色。
本书共10 章: 第1、2 章简要介绍了振动的分类和频谱分析的基本知识, 讨论了求解单自由度系统的振动和固有频率的几种常用计算方法。第3、4 章重点讨论了多自由度系统的振动理论, 两自由度系统作为多自由度系统振动理论的过渡, 强化了多自由度系统中的基本概念和物理意义, 从而可较容易地理解多自由度系统振动的振型叠加法等现代的计算方法。
第5 章介绍了解决多自由度振动系统中行之有效的数值计算方法。第6、7 章介绍了弹性体系统的振动理论, 其中包括杆、梁等弹性体的复杂振动等内容。第8 章介绍了解决工程问题行之有效的常用方法———有限元法, 并附有几个工程实例。第9 章详细论述了工程中的减振技术, 包括隔振、阻振、动力减振器和动力吸振器等技术。第10 章通过实例介绍了非线性振动理论的基本概念和近似解析法, 结合工程实例讨论了各种方法的应用范围及特点, 解释了一些典型的非线性振动现象。本书除各章之中包含部分工程应用实例外, 还配有相应的习题、习题答案及附录等。
本书是对多年课程讲授的经验总结, 是在天津大学出版社出版的《工程振动与测试技术》、高等教育出版社出版的《工程振动理论与测试技术》等教材的基础上改编而成的, 对有关内容进行了调整, 尽量保留了原教材的优秀内容和例题, 对减振技术及有限元章节增加了工程实例, 使之更加便于学习应用。对非线性振动章节进行了重新改写, 使其物理意义更明确, 更容易接受。有关对工程振动概念详细解释及习题的解题技巧等方面的内容, 放在《振动理论及工程应用辅导及习题解答》一书中。李欣业教授对本书进行了认真评阅, 提出第1 版前言　Ⅴ　了非常宝贵的意见, 在此表示衷心的感谢。
本书由刘习军、贾启芬、张素侠编写, 刘习军负责统稿, 张素侠对有关的习题进行了选编, 黄元英、曹梦澜、张缨、刘今朝、钟顺、李向东等同志参加了制图和审校等工作。
本书可作为高等工科院校的工程振动理论课程的教材或教学参考书, 或供通过资源共享课进行自学的人员使用, 也可供从事机械、航空、航天、船舶、车辆、建筑和水利等的工程技术人员, 以及进行理论研究和实验研究的有关工程技术人员参考。
限于水平, 书中错误与不妥之处在所难免, 恳请广大同行及读者指正。
编　者于天津大学

《振动理论及工程应用 第2版》 一、 基础理论部分 本书深入浅出地阐述了振动学的基本概念、原理和方法，为读者构建坚实的理论基础。 单自由度系统振动： 详细介绍了自由振动、受迫振动、阻尼振动等经典问题，涵盖了固有频率、阻尼比、振幅、相位等核心参数的计算与分析。通过大量实例，读者将理解质量-弹簧-阻尼器模型的物理意义及其在实际问题中的应用。 多自由度系统振动： 拓展至更复杂的工程实际，系统讲解了广义坐标、质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵的建立，以及特征值问题、振动模态、主振动和耦合振动的分析方法。读者将学习如何使用数值方法求解多自由度系统的动力学方程。 连续体振动： 探讨了杆、梁、板、壳等弹性体在不同边界条件下的振动特性，引入偏微分方程和能量法等分析工具。重点在于理解空间振动模式的形成及其与材料属性、几何形状的关系。 随机振动： 针对工程中普遍存在的随机激励，介绍了平稳随机过程的统计特性，如功率谱密度，以及系统对随机激励的响应分析方法，如均方值、频率响应函数等。这部分内容对于理解设备在恶劣环境下的可靠性至关重要。 非线性振动： 引入了非线性系统的基本概念，如非线性振动方程的特征、奇点、极限环、分岔等现象。通过解析和数值方法，探讨了非线性振动带来的复杂性和挑战。 振动控制理论： 详细介绍了主动控制、被动控制和半主动控制等多种振动抑制方法。从理论上推导了各种控制器的设计原理，并结合实例分析了其在实际工程中的应用效果。 二、 工程应用部分 本书将抽象的振动理论与广泛的工程实践紧密结合，展示了振动分析在解决实际工程问题中的强大能力。 机械工程应用： 转子动力学： 针对旋转机械（如涡轮、发动机、泵）的轴-转子系统，深入分析了动平衡、临界转速、不平衡响应、轴承动力学等问题。重点在于如何通过振动分析来诊断和预测设备的健康状况。 车辆工程： 探讨了汽车悬架系统的设计与优化、车身模态分析、发动机振动隔离、轮胎振动等。理解车辆的振动特性对于提高乘坐舒适性、操控性和安全性至关重要。 结构动力学： 分析了桥梁、建筑、高层建筑等结构的动力响应，包括风致振动、地震响应、车辆撞击等。介绍了振动控制措施，如隔震、减震装置的应用。 设备故障诊断： 详细讲解了如何通过分析设备的振动信号来识别和诊断机械故障，如轴承损伤、齿轮磨损、不平衡、不对中等。介绍了傅里叶变换、小波分析等信号处理技术在故障诊断中的应用。 航空航天工程应用： 飞机结构振动： 分析了飞机机翼、机身、尾翼等结构的颤振、抖振问题，以及发动机振动对飞行器的影响。 火箭与航天器动力学： 针对火箭发射过程中的复杂振动环境，进行了结构动力学分析，以及航天器在轨运行中的姿态控制和振动监测。 土木工程应用： 桥梁与隧道动力学： 分析了车辆、风、地震对桥梁和隧道结构的影响，以及振动对周边环境（如交通噪声）的影响。 建筑结构抗震： 深入研究了地震波与建筑结构的相互作用，以及隔震、消能减震等抗震技术的原理和应用。 生物医学工程应用： 人体振动： 分析了人体对机械振动的响应，如驾驶员、操作员的振动暴露，以及振动对人体健康的影响。 生物组织振动特性： 探讨了声波在生物组织中的传播和振动特性，为超声诊断和治疗提供了理论基础。 其他工程领域： 声学工程： 探讨了声波的产生、传播与控制，包括噪声源的识别、噪声的传播路径分析以及吸声、隔声、消声等降噪措施。 仪器仪表振动： 分析了精密仪器在振动环境下的工作特性，以及如何通过隔振设计来保证其测量精度。 材料科学： 振动分析在研究材料的弹性模量、阻尼特性以及材料的疲劳寿命等方面也扮演着重要角色。 三、 方法与工具部分 本书不仅传授理论知识，更注重培养读者解决实际问题的能力，介绍了多种现代分析工具和方法。 数值分析方法： 详细介绍了有限元方法（FEM）在复杂结构动力学分析中的应用，包括节点位移、应力、应变以及模态分析的计算过程。读者将学习如何使用常见的有限元软件进行振动分析。 信号处理技术： 强调了信号处理在振动测量和分析中的重要性，包括时域分析、频域分析（傅里叶变换、FFT）、时频分析（短时傅里叶变换、小波分析）等，以及这些技术在故障诊断和系统辨识中的应用。 实验测试技术： 介绍了振动测试的基本原理和方法，包括传感器选择、数据采集、数据处理以及实验结果的解读。通过实验验证理论分析结果是工程实践的重要环节。 仿真软件应用： 鼓励读者学习和使用专业的振动分析和仿真软件（如ANSYS, ABAQUS, MATLAB/Simulink等），通过这些工具将理论知识转化为解决工程问题的实际操作能力。 四、 总结与展望 本书致力于构建一个全面、深入且实用的振动理论知识体系，旨在帮助读者理解振动的普遍性、复杂性及其在工程设计、分析、诊断和控制中的关键作用。通过理论讲解、实例分析和方法介绍，本书力求让读者掌握分析和解决各种工程振动问题的能力。未来，随着新材料、新工艺和计算能力的不断发展，振动理论与工程应用将继续深化，为解决更复杂的工程挑战提供更先进的解决方案。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对振动理论仅仅停留在入门阶段的研究生，我一直觉得学习这个领域的过程充满了挑战，很多概念和公式对我来说都显得有些晦涩难懂。然而，当我翻开这本书时，仿佛打开了一扇新的大门。作者的写作风格非常平易近人，用词精准却不失通俗易懂，大量的图示和实例分析，将原本抽象的理论转化为一个个鲜活的物理现象。我特别喜欢它在讲解模态分析和频率响应的部分，作者通过大量的图表和直观的比喻，让我很快就掌握了这些核心概念，并且能够理解它们是如何在工程实际中发挥作用的。 这本书不仅教会了我“是什么”，更重要的是教会了我“为什么”。它不仅仅是罗列公式，更深入地探讨了公式背后的物理意义和工程背景，让我能从更深层次去理解振动的本质。每次读完一个章节，我都会感到自己对这个领域的理解又向前迈进了一大步，信心也得到了极大的鼓舞。这本书就像一位经验丰富的导师，循循善诱地引导我一步步探索振动世界的奥秘，让我不再感到迷茫和畏惧。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，一本优秀的工程教材，不应该仅仅停留在理论的层面，更应该能够指导实际工程的应用。这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅是在介绍振动理论的基础知识，更重要的是，它深入探讨了这些理论在实际工程问题中的应用，例如如何通过振动分析来优化机械结构的设计，如何诊断和解决工程中的振动故障，以及如何利用振动控制技术来提升产品性能。书中的案例分析非常丰富，涵盖了机械工程、土木工程、航空航天工程等多个领域，让我能够看到振动理论的广泛适用性。 此外，这本书在数学方法的应用上也做得相当到位。它并没有回避复杂的数学推导，但同时又能够用清晰的语言解释这些数学工具的物理意义，以及它们在解决工程问题中的作用。例如，在讲解傅里叶变换在振动分析中的应用时，作者不仅给出了详细的推导过程，还结合了实际信号的处理，让我能够更直观地理解信号的频率成分及其对振动特性的影响。这本书不仅是一本理论学习的宝典，更是一本解决实际工程问题的实用指南。

评分☆☆☆☆☆

对于任何一个希望在工程领域有所建树的专业人士来说，对振动现象的深刻理解都是必不可少的。这本书就恰好填补了这一关键需求。它不仅仅是简单地介绍振动方程和求解方法，而是将振动理论置于宏大的工程应用背景之下，展现了其在解决实际问题中的强大力量。从基础的单自由度系统分析，到复杂的连续体振动和非线性振动，书中内容的循序渐进和深度递进，使得读者能够构建一个完整而系统的知识体系。 我个人尤其推崇书中对阻尼和共振的讲解，作者通过大量的实例，如机械设备的运转、桥梁的结构稳定性等，生动地阐述了这些现象的危害性和控制方法。书中的图表设计精良，能够直观地展示振动模式和频率响应，辅助理解抽象的理论概念。它并没有一味地堆砌公式，而是注重物理意义的阐释，这对于我这种更偏向于实际应用的学习者来说，无疑是莫大的帮助。这本书不仅是学术研究的有力工具，更是工程实践中解决疑难杂症的宝贵参考。

评分☆☆☆☆☆

说实话，在购买这本书之前，我对振动理论的理解主要停留在一些基础概念层面，并没有系统地学习过。但当这本书拿到手后，我被它严谨而又全面的内容深深吸引。它从最基本的振动原理讲起，逐步深入到更复杂的振动模型和分析方法，包括阻尼振动、受迫振动、以及一些更高级的主题，比如非线性振动和随机振动。作者在讲解过程中，始终注重理论与实践的结合，引用了大量的工程实例，让我能够清楚地看到这些理论知识是如何应用于实际工程中的，比如机械设计、结构动力学分析、以及噪声控制等领域。 我尤其欣赏书中对数值方法的介绍，它不仅提供了理论上的推导，还给出了具体的算法和实现思路，对于我进行数值模拟和仿真工作非常有帮助。书中大量的图表和公式，都经过了仔细的斟酌和排版，使得阅读起来非常舒适。虽然有些内容还需要反复研读才能完全消化，但整体而言，这本书为我构建了一个扎实而系统的振动理论知识体系，让我能够更有信心去面对工作中遇到的各种振动相关的问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，无疑为正在攻读振动领域研究生或者已经在一线工程领域工作的专业人士，提供了一本极为宝贵的参考资料。我尤其赞赏它在理论深度和工程实践之间的精妙平衡。书中的内容，从最基础的单自由度系统振动，逐步深入到多自由度系统、连续体振动，乃至非线性振动和随机振动，每一步都讲解得清晰透彻，逻辑严谨。作者在阐述抽象理论时，总是能巧妙地结合实际工程问题，例如桥梁的动力响应、机械设备的故障诊断、航空航天器结构的抗震设计等，这使得原本可能枯燥的公式和定理，立刻变得生动形象，也让我能更深刻地理解其在实际应用中的价值。 而且，这本书在数学工具的应用上也做得非常出色。它并没有回避复杂的数学推导，但同时又会用直观的物理图像来辅助理解，这一点对于很多理论功底稍弱的读者来说，简直是救星。比如，在讲解模态分析时，作者不仅给出了详细的矩阵方程求解过程，还配以生动的振动模式图，让我能直观地感受到不同模态下结构的变形形态。书中的许多例子，我都尝试着去复现和验证，发现书中给出的数值结果与我的仿真软件输出高度吻合，这无疑增强了我对书中内容的信心。