振动学前沿讲座

振动学前沿讲座一、振动问题可以分为以下三类：1.振动分析—在激励和系统特性已知的情况下，求系统的响应问题；2.振动环境预测—在系统特性和响应已知的情况下，反推系统的激励问题；3.系统识别—在激励和响应已知的情况下，确定系统的特性问题。（用试验模态技术识别方法，识别出系统。若对振动系统有部分了解，称为灰箱问题，若对系统一无所知，称为黑箱问题）。二、振动的分类1.根据系统的激励类型分为：a自由振动；b强迫振动；c自激振动；d参数振动。2.根据系统响应（输出）特性（振动规律）分为：a简谐振动；b周期振动；c瞬态振动；d随机振动。3.根据描述系统的微分方程分类：a单自由度系统的振动；b多自由度系统的振动；c无限多自由度系统的震动。

随着科学技术的发展，振动及设备动态特性引起的问题受到各行各业的高度关注。例如：导弹、飞机和火箭在飞行中，由于发动机和气流扰动及结构动态特性所造成的振动直接影响到飞行安全和控制精度；车辆在凹凸不平的路面上行驶时的振动直接关系到驾驶性能与乘坐的舒适性；机械加工设备的振动直接影响到加工的精度和有效性；大型旋转机械的振动信号直接反映了设备运转的主要信息；高层建筑、桥梁由于风载和地震所产生的振动直接关系到这些结构的安全。

要解决各种各样的振动及动态特性问题，研究系统的动力学特性，分析产生振动的原因，考核设备适应振动与环境的关系，除了理论分析外，对结构、系统和设备进行振动测试与信号分析是必不可少的重要手段。振动测试与信号分析技术是机械动力学学科的重要分支之一，是机械动力学工程应用的一个极为普遍的方面。

一般振动测试技术大致可分为两类。：一类是测量设备和结构工作或实验时所存在的振动，这种测量可以利用振动信号对设备和结构的运行状态进行监测评估和故障诊断；另一类是系统特征参数的测试，包括系统的频响函数、脉冲响应函数、模态参数和物理参数等。这类测试往往要对设备或结构施加某种激励或利用环境自然激励，使其产生振动，然后测量其振动，此类测振的目的是研究设备或结构的力学动态特性。

要研究设备或结构的动力学特性，通常需要通过模态实验获得结构的模态参数即固有频率、阻尼比和振型。模态实验的方法可以分为两大类：一类是经典的纯模态实验方法，该方法是通过多个激振器对结构进行激励，当激振频率等于结构的某阶固有频率，激振力抵消结构内部阻尼力时，结构处于共振状态，这是一种物理分离模态的方法。

另一类是数学上分离模态的方法，最常见的方法是对结构施加激励，测量系统频率响应函数矩阵，然后再进行模态参数的识别。

在有些情况下，无法施加人工激励，比如大型桥梁，这时利用自然激励，比如风载、地震等自然激励来识别模态参数的方法就显得重要了。机械振动研究分为振动理论、振动控制和振动利用三大块。

对机械工程而言，振动工程学的前沿问题主要有以下几个方面：振动利用技术；振动控制技术；工程非线性振动技术；反共振技术等。下面就几个重要的发展方向简要介绍一下。1、振动利用技术----振动发电、振动摩擦等振动利用工程是近几年发展起来的新学科。2、振动控制技术（振动主动控制）

振动主动控制技术最引人注目的进展是集传感器、控制器、作动器与结构为一体，以减振和降噪为目标的智能结构。

当前，研究的热点是基于压电传感器和作动器的智能结构，控制策略则来自自适应控制、神经网络控制、非线性控制、混合控制等控制理论的新成果。随着对振动控制要求的提高，非线性控制和时滞控制正日益引起人们的注意。

无论是受迫振动、自激振动，还是随机振动（主要研究动力学系统在随机性激励下的响应特性），非线性振动技术都是需要解决的前沿热点问题。在工程系统中，有许多动力学问题都是非线性的，它们的数学模型和运动方程可以用非线性动力系统来描述。3、工程非线性振动有限元分析在大型振动筛设计中的应用一、研究背景及方法二、有限元模型的建立三、有限元模型的处理及模态分析四、结果分析五、结论一、研究背景及方法

以往，建造一座一定规模的选煤厂需要将大量中、小型规格的振动筛分设备并联使用才能满足筛分作业的生产要求。普通直线振动筛处理能力低，筛分效率只有60％～70％，这不仅造成选煤厂占地面积庞大，而且还有设备能耗高、维护量大等一系列问题。随着我同选煤厂建设规模趋向大型化，选煤工作者设计出了一种各项指标先进的大型香蕉型直线振动筛(以下简称“香蕉筛”)。与同规格的其他类型的筛机相比，该机处理能力增加了40％～60％，筛分效率在90％～95％之间，不仅满足了大型选煤厂工艺需要，还简化了选煤厂工艺系统，节省了建设投资，减少了筛分设备的使用数量，降低了能耗、设备维护量，经济效益十分显著。但是，目前国产大型振动筛在可靠性方面与国际先进水平还有差距，因此，研究和解决大型振动筛的可靠性问题势在必行。二、有限元模型的建立

对大型复杂结构件进行动态特性分析，建立有限元模型十分重要，为使该模型能很好地反应结构的真实情况，利用有限元分析软件ALGOR对SXJ426l型香蕉筛进行建模分析。以整个筛箱建立的有限元模型(图1)，模型主要由体单元、质量单元和弹性单元组成。整个筛箱是由横梁、驱动梁、加强梁、前后端梁及侧板构成一种空间金属桁架结构。三、有限元模型的处理及模态分析1.有限元网格划分;2.边界条件的确定;3.扰力分析;4.模态分析.四、结构强度分析计算

本筛机采州有限元分析软件ALCOR来求其应力值的数值解。在分析中，同样SXJ4261型香筛筛箱离散为空问梁单元、壳单元、弹簧单元。筛箱整体应力分布如图8所示。结论：通过对筛箱的实际应力测试来验证计算出的结果，测试表明理论算和实际测试的应力值基本接近。计算值和测试值之问的误差，主要由于在建立模型时，作了一些结构上的简化。当然在测试过程中的有些素也会对测试结果的精度产生影响。测试的应力值也列于表3，测试点的位置见图9。

从筛箱的理论计算应力分布图可知，筛箱最大=20.2MPa；而制作筛箱所使用的材料的力学性能为：强度极限值：=375M