02_基础知识论述.ppt

第一章 基础知识 振动、冲击的定义 振动、冲击的测量参数 §1-1 机械振动过程 振动：用时间的周期函数来描述的物理量， 或：与某个坐标系统有关的、围绕其平均值或基准值从大到小，又从小到大，交替重复变化 的量。 参数：位移x、速度v、加速度a、激振力F、 频率ω或f、周期T、频谱Ｘ(f)等。 一、简谐振动 是最基本的周期信号，最简单的振动。 参量是时间的谐和函数。 在时域为一正弦波。 在频域为一直线谱（信号的傅立叶变换）。 X(f) f 0 fi 单自由度系统的自由振动 具有粘性阻尼的单自由度振动系统，其自由振动方程为： 1、 振动时域参数 位移 速度 加速度 令 则三者幅度关系： 相位：a、v、x依次超前π/2。 2、振动检测量 均值：直流分量 绝对均值：整流后的等效直流分量 有效值：信号强度 峰值：单峰值、双峰值 A 峰值因素：波形特征 波形因素：波形特征 二、复杂(连续)周期振动 多个谐振叠加； 频比fi/fj为有理数； 其频谱为非周期离散谱； 满足正交条件，可以展成傅里叶级数。 例：连续矩形波 ω0 ω1 ω2 ω3 ω 0 １、复杂周期振动的表达式 复杂周期振动的表达式为 式中，n为谐波阶次数； T为周期； f1(或ω１）称为基频； 　　　ω＝２πf。 展成傅立叶级数有： 式中： 幅度谱 相位谱 直流分量 傅立叶级数系数： 余弦系数 正弦系数 三、准周期振动 两个或两个以上无关联振动的混叠； 两个不同系统振动的混叠； fi/fj中至少有一个不为有理数； 非周期离散谱。 0 准周期振动的表达式 式中： 至少有一对不为有理数； 例如： 频比 不为有理数； 该振动是三个互不关联的谐振的混合。 四、随机振动 非确定性，不能用准确公式描述瞬时值； 符合统计规律； 一个随机过程需要用全部样本函数来描述； 样本函数：代表许多可能产生的结果之一； 样本记录：随机振动的一个物理实现； 随机振动：全部样本记录(样本函数)的集合； 参数：均值、均方值、均方差、概率密度函数、 自相关函数、自功率谱密度等。 随机振动时间历程 随机振动信号的谱 随机振动信号的谱为连续谱； 有窄带谱和宽带谱两种，分别对应于窄带随机信号和宽带随机信号； 为功率谱估计； 谱幅度具有随机性，一般取一定带宽内的幅度均作为谱估计。 0 ω G(ω) 五、振动的对数量纲(分贝) 表示振动的烈度，不同物体的振动烈度有可比性。 速度级 位移级 当取 时，有 加速度级 dB dB dB 谐振峰值因素级 六、振动的耦合 将光滑水平面上的两个弹簧振子用另一根弹簧联结起来时，这种系统称为耦合振子。 耦合运动方程 由这两个方程的结构可看出，每个振子的加速度都与另一振子的位置有关，它们的运动彼此相关联，即两振子之间存在着耦合。 耦合振子的两个特征圆频率 工程中的耦合振动 流-固耦合振动：管道在流体作下的耦合振动； 车-桥耦合振动：车辆通过桥梁时产生的耦合振动； 叶片-轮盘耦合振动； 不平衡转子的弯曲耦合振动； 声-固耦合振动； 轴系弯扭耦合振动； 列车-轨道耦合振动。 列车-轨道耦合振动 §1-2 冲击过程 冲击过程是一种过渡过程； 冲击持续时间很短暂； 连续非周期信号； 冲击信号谱为连续谱； 系统的作用力、位置、速度或加速度发生突变，引起的瞬态动变化，是从一个稳态过渡到另一稳态的中间过程。 1、冲击信号及频谱 矩形冲击信号 频谱 锯齿冲击信号 频谱 矩形、锯齿冲击信号及幅频谱 列车制动时挂钩上的冲击波 ２、冲击响应及响应谱 F(t) k c x、v、 a 冲击响应是物体受到冲击激励作用后，其位移、速度、加速度随时间变化的历程。 冲击响应谱 冲击响应谱 ：一系列单自度振动系统，在冲击激励作用下，其最大响应值与系统固有频率之间的关系。 是冲击效果的度量： 初始谱：冲击作用时间内，响应的最大值与对应频率的关系； 剩余谱：冲击作用结束后，响应的最大值与对应频率的关系； 最大响应谱：上述二者中的最大者 三角冲击波的响应谱 最大响应谱 冲击初始谱 冲击余谱 冲击试验 跌落式冲击试验： 1、导向杆 2、试件 3、试件安装台 4、5、缓冲垫 6、反作用质量 7、8、支架、底座 振动与冲击的区别 §1-3 声学和生理学噪声 声学噪声：是一种随机过程，不包括纯音。 生理学噪声：令人厌烦的声音。 [注]： 声学噪声和生理学噪声与信号中所说的噪声含义是不同的，信号中的噪声是指干扰成份。 １、随机噪声的时间历程 2、噪声的参数 声压：介质中有声波传