《機(jī)械振動》課程教學(xué)大綱

《機(jī)械振動》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱機(jī)械振動MechanicalVibration課程編碼PLC310521020開課院部儲運(yùn)與建筑工程學(xué)院課程團(tuán)隊(duì)機(jī)械振動教學(xué)團(tuán)隊(duì)學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時(shí)32講授32實(shí)驗(yàn)0上機(jī)0實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)32適用專業(yè)安全工程授課語言中文先修課程程序設(shè)計(jì)（C）、高等數(shù)學(xué)（2-1）、高等數(shù)學(xué)（2-2）、工程力學(xué)、線性代數(shù)課程簡介（限選）課程為選修課，主要學(xué)習(xí)離散系統(tǒng)和簡單連續(xù)系統(tǒng)的線性、定則振動理論。目標(biāo)在于掌握機(jī)械振動有關(guān)基本概念、原理、方法和分析解決工程實(shí)際機(jī)械振動問題的基本技能，為有關(guān)科研和工程設(shè)計(jì)奠定必要的理論基礎(chǔ)。課程知識對疲勞強(qiáng)度、壽命預(yù)測、結(jié)構(gòu)動力計(jì)算以及其他有關(guān)專業(yè)課學(xué)習(xí)或畢業(yè)設(shè)計(jì)有所幫助。振動力學(xué)知識是機(jī)械工程師、結(jié)構(gòu)工程師，以及從事構(gòu)件設(shè)計(jì)和改造的工程技術(shù)人員必備的基本知識。要求學(xué)生對離散振動系統(tǒng)的形成有較深刻的認(rèn)識，掌握機(jī)械振動的基本概念、離散振動系統(tǒng)振動方程的建立和固有頻率、振型向量、響應(yīng)的分析求解，熟悉課程涉及的有關(guān)工程應(yīng)用。同時(shí)對彈性體的線性定則振動的基本理論與分析求解方法有所了解。Thecourseisanelectivecourse,whichmainlystudiesthelinearandregularvibrationtheoryofdiscretesystemsandsimplecontinuoussystems.Thegoalistomasterthebasicconcepts,principlesandmethodsofMechanicalvibrationandtoanalyzeandsolvethebasicskillsofpracticalmechanicalvibrationproblemsinengineering,soastolayanecessarytheoreticalfoundationforrelevantscientificresearchandengineeringdesign.Courseknowledgeishelpfulforfatiguestrength,lifeprediction,structuraldynamiccalculationandotherrelevantspecializedcoursesorgraduationdesign.Knowledgeofvibrationmechanicsisabasicknowledgenecessaryformechanicalengineers,structuralengineers,andengineersandtechniciansengagedincomponentdesignandtransformation.Studentsarerequiredtohaveaprofoundunderstandingoftheformationofdiscretevibrationsystems,masterthebasicconceptsofmechanicalvibration,theestablishmentofvibrationequationsofdiscretevibrationsystems,naturalfrequencies,vibrationmodevectors,analysisandsolutionofresponse,familiarwithrelevantengineeringapplicationsinvolvedinthecourse.Atthesametime,thebasictheoryandanalyticalsolutionmethodoflinearregularvibrationofelastomerareunderstood.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號代號課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：掌握振動的基本概念、理論和分析方法，能綜合運(yùn)用這些概念、理論和分析方法解決工程實(shí)際振動問題。是1.2,2.11.2,2.12M2目標(biāo)2：掌握一定的數(shù)值計(jì)算方法，運(yùn)用計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算手段解決工程實(shí)際振動問題。是三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)1第一章緒論本章的重點(diǎn)難點(diǎn)：機(jī)械振動的研究對象,研究內(nèi)容，振動系統(tǒng)模型,激勵與響應(yīng),振動系統(tǒng)分類。/////21.1緒論機(jī)械振動的研究對象和任務(wù),研究內(nèi)容,研究方法,振動系統(tǒng)模型,質(zhì)量，彈簧，阻尼器，激勵與響應(yīng)，自由度，振動系統(tǒng)分類，振動系統(tǒng)選擇。引入橋梁振動的一些工程案例：虎門大橋，塔科馬大橋振動；大作業(yè)題目1：查閱文獻(xiàn)資料、懸索橋振動（虎門大橋振動）調(diào)研。大作業(yè)題目2：車輛振動調(diào)研。M12講授2文獻(xiàn)調(diào)研、大作業(yè)3第二章單自由度系統(tǒng)的自由振動本章重點(diǎn)難點(diǎn)：自由振動系統(tǒng)、特點(diǎn)、分析方法、意義，固有頻率的確定，阻尼的影響。/////42.1無阻尼自由振動力學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型，簡諧振動，振幅，初始條件表示的解，測量法確定固有頻率，周期和頻率，彈簧剛度系數(shù)，等效剛度，振動分析的能量法，瑞利法，等效質(zhì)量。M12講授2作業(yè)52.2有阻尼自由振動粘性阻尼，力學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型，阻尼比，固有頻率及其確定方法，自由振體運(yùn)動，衰減自由振動，初始條件表示的解，衰減固有頻率，衰減頻率，衰減周期，相位與初相位，偽振幅，減幅系數(shù)與對數(shù)減幅系數(shù)，阻尼比的意義。M12講授、討論2作業(yè)6第三章單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動本章重點(diǎn)難點(diǎn)：簡諧激勵下強(qiáng)迫振動、任意周期激勵及任意激勵下振動特點(diǎn)、分析方法，幅頻特性和相頻特性，共振，主動隔振，被動隔振，測振儀表，轉(zhuǎn)軸的臨界轉(zhuǎn)速。/////73.1簡諧激勵下強(qiáng)迫振動無阻尼強(qiáng)迫振動，力學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型，初始條件表示的解，幅頻特性和相頻特性，共振，共振頻率。有阻尼強(qiáng)迫振動，力學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型，瞬(暫)態(tài)振動，穩(wěn)態(tài)振動，初始條件表示的解，幅頻特性和相頻特性，共振，共振頻率，共振振幅。*復(fù)變函數(shù)法求解振動響應(yīng)。M12講授2作業(yè)83.2工程問題應(yīng)用偏心轉(zhuǎn)子引起的強(qiáng)迫振動，*平面運(yùn)動構(gòu)件引起的強(qiáng)迫振動，支座激勵下的強(qiáng)迫振動，減振隔振，主動隔振，被動隔振，測振儀表，*等效粘性阻尼。M12講授、討論2作業(yè)93.3任意周期激振力下的強(qiáng)迫振動思路方法，F(xiàn)ourier級數(shù)，周期激擾力下的強(qiáng)迫振動，基波，高次諧波，頻譜圖。轉(zhuǎn)軸的臨界轉(zhuǎn)速。M12講授2作業(yè)10第四章單自由度系統(tǒng)的瞬態(tài)振動本章重點(diǎn)難點(diǎn)：任意激勵下振動特點(diǎn)、分析方法及其應(yīng)用。/////114.1振動系統(tǒng)對沖量的響應(yīng)碰撞沖量（脈沖），沖量表示的初始條件，沖量下的響應(yīng)，剩余振動。M11講授1作業(yè)124.2振動系統(tǒng)對任意激擾的響應(yīng)振動系統(tǒng)對任意激勵的響應(yīng)，卷積（Duhamels）積分法：考慮初始條件振系的總響應(yīng)。M11講授1作業(yè)134.3工程問題應(yīng)用任意支座激勵，*響應(yīng)譜;M11講授1作業(yè)144.4單自由度系統(tǒng)振動響應(yīng)數(shù)值解方法，算法，應(yīng)用程序。大作業(yè)題目：編寫任意激勵的響應(yīng)程序（例如單自由度車輛任意激勵的響應(yīng)或者其他工程振動問題）M1,M21講授、討論1大作業(yè)15第五章多自由度振動問題的主坐標(biāo)分析法本章重點(diǎn)難點(diǎn)：振動微分方程的建立方法及其應(yīng)用，特征值問題的求解，主坐標(biāo)分析方法應(yīng)用，動力減振原理、特點(diǎn)、應(yīng)用;Rayleigh法、Ritz法、子空間迭代法。/////165.1振動微分方程的建立按Newton定律建立振動微分方程組，質(zhì)量矩陣，剛度矩陣，加速度向量，位移向量，載荷向量；按D’Alembert原理建立方程，動力耦合，靜力耦合；Lagrange方程建立振動方程，微振動方程，用線性動、勢能，線性耗能函數(shù)，阻尼陣矩，速度向量；剛度法和柔度法。M14講授4作業(yè)175.2振動系統(tǒng)的特征值問題二自由度系統(tǒng)的自由振動，特征值問題，特征值，特征矩陣，特征方程，征向量，頻率方程，固有頻率，主振動，振型向量或主振型與振型矩陣，基本振型，振型圖，多自由度系統(tǒng)的自由振動，節(jié)點(diǎn)及振型性質(zhì)，等（或零）固有頻率情形，位移方程特征值問題。M11講授1作業(yè)185.3振型向量的正交性振型向量的正交性，標(biāo)準(zhǔn)振型向量與標(biāo)準(zhǔn)振型矩陣，主坐標(biāo)，振動模態(tài)微分方程。M11講授1作業(yè)195.4多自由度系統(tǒng)振動的響應(yīng)多自由度系統(tǒng)的阻尼，有阻尼振動微分方程的建立，線性阻尼及其解耦，有阻尼系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動響應(yīng)的確定，主坐標(biāo)分析法，模態(tài)載荷向量，態(tài)初始條，模態(tài)響應(yīng)。無阻尼系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動響應(yīng)，無阻尼系統(tǒng)的自由振動響應(yīng)，直接振型疊加法，拍與拍頻M12講授1作業(yè)205.5系統(tǒng)物理參數(shù)和約束對固有頻率的影響物理參數(shù)的影響，約束的影響，排除或避免共振。M10.5講授、討論0.5作業(yè)215.6動力吸振器多自由度振動系統(tǒng)同頻諧和激擾的穩(wěn)態(tài)振動直接求解法，二自由度振動系統(tǒng)共振，共振時(shí)振幅比，動力吸振器的原理、設(shè)計(jì)、特點(diǎn)、適用范圍，*離心擺式吸振器。M10.5講授、討論0.5作業(yè)225.7支承平動的振動響應(yīng)絕對位移對應(yīng)的振動微分方程和等效激擾載荷向量，相對位移對應(yīng)的振動微分方程和等效激擾載荷向量。M10.5講授、討論0.5作業(yè)235.8主坐標(biāo)分析法小結(jié)主坐標(biāo)分析法的特點(diǎn)，解題步驟。M10.5講授、討論0.5作業(yè)24第六章多自由度振動問題的數(shù)值法重點(diǎn)與難點(diǎn)：Ritz法、子空間迭代法，廣義Jacobi法。/////256.1Reyliegh能量法第一Rayleigh商，第二Rayleigh商，Rayleigh商的特點(diǎn)與應(yīng)用M10.5講授、討論1作業(yè)266.2Ritz法和子空間迭代法Ritz法與子空間迭代法的思路、步驟、特點(diǎn)M10.5講授、討論1作業(yè)276.3廣義Jacobi法廣義Jacobi法思路，Jacobi矩陣的建立，固有頻率、主振型和標(biāo)準(zhǔn)振型的確定的步驟及收斂準(zhǔn)則M10.5講授、討論1作業(yè)286.4數(shù)值求解多自由度振動系統(tǒng)響應(yīng)的算法多自由度振動系統(tǒng)的數(shù)值解的遞推公式、算法優(yōu)化步驟。M1,M20.5講授、討論1作業(yè)29*第七章彈性體系統(tǒng)振動簡介本章重點(diǎn)難點(diǎn)：桿、弦、軸、梁等簡單彈性體振動系統(tǒng)響應(yīng)的陣型疊加法/////30*7.1彈性桿梁等的橫向彎曲振動等直桿的縱向振動，弦的橫向振動、軸的扭轉(zhuǎn)振動振動的數(shù)學(xué)模型及近似解法簡介。M12講授、討論2自學(xué)、作業(yè)31*7.2振動分析的有限單元法單元體特征分析，形函數(shù)矩陣，應(yīng)變位移關(guān)系矩陣，彈性性矩陣，質(zhì)量矩陣。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，固有頻率和振型。工程案例：橋梁模型進(jìn)行有限元分析。大作業(yè)題目：橋梁模型進(jìn)行有限元分析。M1,M22講授2大作業(yè)四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評占比1平時(shí)作業(yè)1.每周布置2~3道題目，平均每次課1道題以上。2.成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時(shí)上交、是否獨(dú)立完成評分。3.考核學(xué)生對機(jī)械振動基本知識的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力題型主要有作圖、分析和計(jì)算題。15%2大作業(yè)1.本課程要求利用Matlab等現(xiàn)代仿真工具和所學(xué)計(jì)算分析方法，編程計(jì)算分析較復(fù)雜的單自由度系統(tǒng)響應(yīng)和復(fù)雜多自由度系統(tǒng)自振特性。2.對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化后處理分析和準(zhǔn)確性評分。25%3考勤隨機(jī)點(diǎn)名、刷卡點(diǎn)名等5%4課堂表現(xiàn)隨機(jī)檢查學(xué)生上課精神狀態(tài)、回答問題情況5%5期末考試1.選用閉卷、半閉卷、開卷考試形式之一，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學(xué)生對振動力學(xué)基本知識的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有概念題、簡答題、分析計(jì)算題等。50%五、評分細(xì)則序號課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時(shí)作業(yè)15%A-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，圖示規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，圖示比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，圖示比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確。D-作業(yè)抄襲，未能按時(shí)完成，圖示不規(guī)范，解題思路混亂。2M1期末考試50%（見試卷評分標(biāo)準(zhǔn)）3M1大作業(yè)25%A-利用Matlab等現(xiàn)代仿真工具分析計(jì)算正確、完善，系統(tǒng)功能滿足要求,后處理分析基本合理、完善。B-利用Matlab等現(xiàn)代仿真工具分析計(jì)算正確、完善，后處理分析基本合理。C-利用Matlab等現(xiàn)代仿真工具分析計(jì)算基本正確、完善，后處理分析基本合理。D-利用Matlab等現(xiàn)代仿真工具建分析計(jì)算不正確、不完善，后處理分析不合理。4M1考勤5%A-全勤。B-缺勤1次。C-缺勤2-3次。D-缺勤3次以上。5M1課堂表現(xiàn)5%A-精神狀態(tài)飽滿，回答問題準(zhǔn)確，積極參與討論。B-精神狀態(tài)良好，回答問題較好，較為積極參與討論。C-精神狀態(tài)一般，回答問題一般，討論問題的積極性一般。D-精神狀態(tài)較差，回答問題有誤，不參加討論。6M2大作業(yè)100%A-利用Matlab等現(xiàn)代仿