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闻邦椿 NO ：0004 “工程非线性振动”的研究的若干进展及展望 东北大学机械工程与自动化学院 闻邦椿 摘要：本文讨论“工程非线性振动”研究的若干进展。讨论有害振动的防止及有用振动的利用，以及与非 线性振动应用有关的一些基础理论，文中特别强调有关非线性振动的实验研究，提出了若干需要深入研究 的问题。介绍了作者近期在《振动利用工程》及振动控制领域所取得的若干研究成果，举出了若干应用实 例。 关键词：工程非线性振动 振动利用工程 有害振动与有用振动 1、引言 近百年来，有关非线性振动的研究，不仅对基础理论的研究，而且对其实际应用的研究，都取得了很 大的进展。在工程应用方面，不仅是对有害振动的抑制和控制的研究，而且对有用振动的利用的研究，都 已取得了许多丰硕的成果。 在基础理论的研究上，在定性研究或是定量研究方面都提出了一些新的有效的方法。特别是在近 50 年来，对混沌运动现象的揭示及对其开展的研究工作，被认为是当今科学领域的重大发现和重要成就之一。 在工程应用方面，针对工程技术中的各种问题开展了大量的深入研究，不仅对有害振动的抑制和控制 进行了深入的研究，解决了工程技术中的许多重大问题，写出了许多论文和著作。在对有用振动利用的研 究方面，经过长期研究，已初步构建立起了《振动利用工程》新学科的理论框架，发展了某些分支的理论， 进而大大地促进了振动利用技术的发展。再由于近半个世纪以来计算机技术的迅速发展，许多非线性振动 问题可以借助数值计算与数值模拟方法予以解决，这就使得非线性振动问题的解法向前推进了一大步。 例如，在有害振动的研究中，已提出了一些有效措施来限制以至完全消除这些有害振动。尽管如此， 目前仍然有许多有害的振动问题还没有进行深入的研究和解决，例如，直到现在对地震还没有办法进行准 确的预报和预防。 再如，在有用振动的研究方面同样取得了许多重要成果。在医疗方面，利用超声波能够诊断、治疗疾 病；在土建工程中，振动沉桩、振动拔桩以及混凝土灌注时的振动捣固等；在电子和通讯工程方面，录音 机、电视机、收音机、程控电话等诸多电子器件以及电子计时装置和通讯系统使用的谐振器都是由于振动 才能有效的工作；在工程地质方面，利用振动进行检测和地质勘探；在原油开采上，还可利用振动提高原 油产量；在海洋工程方面，海浪波动的能量可以用来发电；在许多工矿企业，利用振动设备可完成许多工 艺过程，或提高某些机器的工作效率。最近五十多年来，应用振动原理而工作的机器——振动机械得到了 迅速发展。据不完全统计，目前已用于工业生产的振动机有数百种之多, 如振动压路机、振动给料机和振 动成型机等。 尽管在振动控制与利用的研究方面取得了丰硕成果，但还有许多问题亟待解决。 2 工程非线性振动问题举例 2.1 有用振动的工程应用方面 （1）含非线性惯性力的非线性振动系统 该系统包含有非线性惯性力。参考图 1，当考虑物料沿机体断续滑动时，弹性连杆式振动输送机的运 动方程式为 1 第 24 页 闻邦椿 NO ：0004 2 + + + ( ) y m S f S m S F x x x sin δ , , cos δ +kS p s m m