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.

《振动理论与工程应用》是一本很好的振动理论与船舶振动噪声控制应用相结合的教辅书， 《振动理论与工程应用》分为两篇， 共计15章. 第1篇为振动基础， 主要运用实例论述单自由度线性系统的自由振动及其在谐波、周期、非周期激励下的强迫振动， 两自由度系统的自由振动和强迫振动， 多自由度系统的自由振动和强迫振动， 多自由度系统固有频率及主振型的近似解法， 连续系统的振动； 第2篇为振动理论在船舶领域的应用， 包括船舶振动噪声控制概论、船舶振动噪声源分析、船体振动、船舶推进轴系振动、船舶结构振动及其控制、船用隔振装置及其减振元器件技术.

适读人群 ：可作为高等院校船舶与海洋工程专业本科、研究生教材，也可作为从事船舶设计、研究的科研人员和工程技术人员的参考书。

《振动理论与工程应用》可作为大专院校有关船舶、振动专业的教辅书，也可供有关专业的科研及工程技术人员参考.