机械动力学第1节.ppt

机械系统动力学 Conspectus of Mechanical System Dynamics 第1章 概论 焦 丽 办公电话：3350453 手机E-mail：xbcindy@163.com QQ:309147387 考核方式： 平时成绩20分 其中出勤10分 作业10分 考试成绩80分 机械系统动力学主要研究机械在运转过程中的受力情况、机械中各构件的质量与机械运动之间的相互关系、机械运转过程中能量的平衡和分配关系等，是现代机械设计的理论基础。 具体而言，机械系统动力学的研究内容包括以下5个方面： ①在已知外力作用下，求具有确定惯性参量的机械系统的真实运动规律。（理论力学、机械原理） ②分析机械运动过程中各构件之间的相互作用力。 （理论力学、机械原理） ③研究回转构件和机构平衡的理论和方法。 （机械原理） ④研究机械运转过程中能量的平衡和分配关系。 （机械原理） ⑤机械振动的分析研究是机械动力学的基本内容之一。它已发展成为内容丰富、自成体系的一门学科。 本门课程将以机械振动（线性）作为主要学习内容。学习好本门课程需要利用高等数学、线性代数、大学物理、理论力学、机械原理等方面的知识。 1.1机械振动研究的基本问题 1 概论 机械振动是机械系统在其平衡位置附近的往复运动。 振动可以说无所不在，无时不在。(举例说明) 振动有二重性 有利的方面(声传播、振动筛、振动破碎与磨碎、振动压实与振动成型、振动夯土) 有害的方面(噪声、地震、共振造成桥梁毁坏、火车轮轨碰撞振动对提速的影响) 如何趋利避害？ 首先要从理论上研究振动规律和特性，同时要研究在工程中如何控制振动、消除振动，避免振动的危害或利用振动为人类服务。 随着现代机械越来越高速化、轻量化、大型化、复杂化，工程中的振动问题越来越多，振动研究已发展为一门理论和工程应用结合的学科。 1.1机械振动研究的基本问题 1 概论 在研究振动时，一般把所研究对象（机械或结构）作为系统(system)，把初始干扰和外界对系统的作用称为激励(excitation)或输入(input)，把系统在激励作用下的动态行为称为响应(response)或输出(output)。二者关系如图1-1所示 图1-1 激励系统响应关系 1.1机械振动研究的基本问题 1 概论 振动研究包含极其丰富的内容，但本质上都是研究激励（输入）、系统特性和系统响应（输出）三者之间的关系。 振动系统一般由质量、弹簧和阻尼三种要素组成。 激励一般由外部载荷或强迫运动产生。 响应包括位移、速度、加速度和传递力等。由于速度、加速度和传递力可以由位移通过积分或计算求取，故响应一般用位移x表示。 三者已知其二，可以求取其一，因此振动研究有三大基本问题之说。 (1)已知激励、系统，求响应，称为振动分析。 (2)已知激励、响应，求系统，称为系统识别。 (3)已知系统、响应，求激励，称为载荷识别或环境预测。 1.2机械振动系统的力学模型 1 概论 振动分析一般分以下五个步骤： 第1步，把工程实际问题简化为振动分析的力学（物理）模型。(质量m、刚度k、阻尼c) 第2步，根据力学模型，运用力学原理（如牛顿定律、达朗贝尔原理，如系统比较复杂，难以用隔离体受力分析，常用能量法、拉格朗日方程、哈密尔顿原理等）导出系统微分方程。也就是建立数学模型。 第3步，求解系统微分方程，得到系统响应。 第4步，对求解出来的结果，进行讨论分析，从中获取解决工程实际问题的有用信息。 第5步，实验验证上述理论分析结果。 1.2机械振动系统的力学模型 1 概论 振动研究中建立系统力学模型是振动研究的出发点，也是关系到研究结果正确性和实用性的关键。建立的系统力学模型越复杂，越接近原系统结构特征，就越能逼真模拟，但必然使计算非常复杂。这就需要工程技术人员在逼真模拟和复杂计算之间舍取，在一定程度上进行合理的简化。把工程实际问题简化为振动分析的力学模型，必须符合工程实际问题的特征，满足振动研究目的和精度的需要，这需要一定的专业知识和研究经验。不同的力学模型也就是不同类型的振动问题，有不同的微分方程，求解的数学方法不同，因此合理简化力学模型，进行振动问题分类，是振动研究的重要环节。 1.2机械振动系统的力学模型 1 概论 实际机械或结构往往是很复杂的，但从振动研究的角度分析，主要由三大要素组成。机械振动系统三大要素分别为： 1）参振质量（m, J ） 2）弹簧(k、 ） 3）阻尼(c、 ) 1.2机械振动系统的力学模型 1 概论 1）参振质量（m, J ） 质量是表示力和加速度关系的元件，是系统惯