Theory of Vibration with Applications

Theory of Vibration with Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Prentice Hall
作者:Thomson, W. T./ Dahleh, Marie Dillon
出品人:
页数:534
译者:
出版时间:1997-8
价格:1666.00元
装帧:Hardcover
isbn号码:9780136510680
丛书系列:
图书标签:
  • 机械
  • 振动
  • 应用
  • 振动理论
  • 机械振动
  • 结构振动
  • 应用数学
  • 工程力学
  • 机械工程
  • 物理学
  • 控制工程
  • 数值分析
  • 振动分析
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具体描述

A thorough treatment of vibration theory and its engineering applications, from simple degree to multi degree-of-freedom system. Focuses on the physical aspects of the mathematical concepts necessary to describe the vibration phenomena. Provides many example applications to typical problems faced by practicing engineers. Includes a chapter on computer methods, and an accompanying disk with four basic Fortran programs covering most of the calculations encountered in vibration problems.

振动理论与应用:探索动态世界的奥秘 这本书将带领您踏上一段深入探索振动现象的旅程,从宏观的工程结构到微观的原子尺度,揭示隐藏在万物动态之下的普适规律。我们将系统地解析振动的产生机制、传播方式以及其对各种系统行为的影响,并聚焦于这些理论在现实世界中的广泛应用,帮助您理解并掌握预测、控制和优化振动行为的关键技术。 第一部分:基础理论构建——理解振动的语言 我们将从最基本概念入手,为您打下坚实的振动理论基础。 什么是振动? 振动是物体偏离其平衡位置并在两侧往复运动的现象。我们将深入探讨不同类型的振动,包括自由振动、受迫振动、阻尼振动和非阻尼振动,并分析它们各自的特点和数学描述。 系统的动力学模型: 要理解振动,首先需要建立系统的动力学模型。我们将学习如何将实际的物理系统抽象为简化的数学模型,通常涉及质量(惯性)、弹簧(刚度)和阻尼器(耗能)等基本元件。通过牛顿第二定律、拉格朗日方程和哈密顿原理等经典力学方法,我们将推导出描述系统运动的微分方程。 单自由度系统(SDOF): 作为最基础的振动模型,单自由度系统是理解更复杂振动现象的基石。我们将详细分析其自由振动响应(无阻尼和有阻尼)和受迫振动响应(包括共振现象)。重点将放在如何求解这些微分方程,理解固有频率、阻尼比、幅频特性曲线和相频特性曲线等关键参数的物理意义,以及它们如何影响系统的动态行为。 多自由度系统(MDOF): 现实世界中的许多系统并非只能用一个参数来描述。我们将进一步探讨多自由度系统的振动特性,包括如何建立其运动方程,以及特征值问题在确定系统固有频率和振型中的作用。我们将介绍模态分析的基本概念,理解系统如何能够分解为一系列独立的单自由度振动模式,以及这些模式的叠加如何构成系统的整体响应。 连续系统的振动: 许多工程结构,如梁、板、杆件等,本质上是连续介质,其振动可以用偏微分方程来描述。我们将介绍如何应用能量法(如瑞利法)或直接求解偏微分方程来分析这些系统的固有频率和振型,并讨论边界条件对振动特性的影响。 第二部分:深入分析技术——挖掘振动行为的内在规律 在掌握了基础理论后,我们将深入探讨更高级的分析技术,以应对更复杂的振动问题。 频域分析: 傅里叶变换是连接时域和频域的关键工具。我们将学习如何利用傅里叶变换将时域信号分解为不同频率成分的叠加,从而揭示振动的频率特性。频谱分析、功率谱密度等概念将被引入,用于定量描述振动信号的能量分布。 随机振动: 现实中的许多激励并非确定性的,而是随机的,例如风、海浪、地震等。我们将介绍随机振动的基本概念,包括平稳随机过程、自相关函数和功率谱密度,并探讨如何计算系统在随机激励下的响应,例如均方值、频率响应函数等。 非线性振动: 当系统的刚度或阻尼与位移或速度的平方成正比时,系统就表现出非线性特性。我们将初步接触非线性振动的一些基本概念,如分岔、混沌现象,并了解它们给振动分析带来的挑战。 振动控制: 了解振动的产生和传播机制后,我们自然会关注如何对其进行控制。我们将介绍被动控制和主动控制两大类振动控制策略。被动控制包括通过改变结构的刚度、质量或阻尼来改变振动特性,例如加装减振器。主动控制则通过施加反向的力或位移来抵消或减弱振动,涉及反馈控制理论和传感器、执行器的协同工作。 数值分析方法: 对于复杂结构的振动分析,解析解往往难以获得。我们将介绍常用的数值分析方法,特别是有限元法(FEM)。有限元法将连续体离散为一系列有限的单元,并通过求解大规模的代数方程组来近似求解系统的振动响应。我们将讨论有限元法的基本原理、单元选择、网格划分以及结果的解读。 第三部分:应用领域拓展——振动理论的现实力量 本书的重点之一在于展示振动理论在各个工程领域的强大应用能力。 机械工程: 振动在机械设计和运行中无处不在。我们将探讨旋转机械(如涡轮机、发动机)的平衡与校准,以避免由于不平衡引起的剧烈振动;分析齿轮、轴承的故障诊断,通过监测振动信号识别潜在问题;研究车辆悬挂系统的设计,以提高乘坐舒适性和操控稳定性;以及探讨工具机床的刚度和动态性能对加工精度和效率的影响。 土木工程: 宏大的土木结构同样受到振动的显著影响。我们将分析桥梁在风荷载、车辆荷载下的动力响应,以及地震对建筑物造成的破坏机制;研究高层建筑的抗风、抗震设计,包括阻尼器的应用;探讨地面振动传播及其对周边环境的影响;以及研究大坝、水工结构的水弹性振动问题。 航空航天工程: 飞行器和航天器在极端载荷和环境中承受着严峻的振动考验。我们将研究火箭发动机点火产生的瞬态振动、飞行器在空气动力作用下的气动弹性振动、以及卫星在发射过程中和太空运行中的热振动、结构振动。理解并控制这些振动对于确保飞行器的安全性和任务的成功至关重要。 声学与振动声学: 声音本质上是介质的振动传播。我们将探讨声源的振动特性,以及振动如何产生和传播噪音。在振动声学领域,我们将研究如何通过控制结构振动来降低噪音辐射,例如汽车内部的降噪设计、建筑物的隔音处理等。 生物医学工程: 即使在生物体内,振动也扮演着重要的角色。我们将简要触及超声波在医学成像和治疗中的应用,以及人体器官和组织的固有振动特性。 材料科学与工程: 振动分析还可以用于表征材料的力学性能。通过测量材料的振动响应,可以推断出其杨氏模量、泊松比、阻尼等参数,从而进行材料的无损检测和性能评估。 学习目标: 通过阅读本书,您将能够: 建立并理解 各种物理系统的振动动力学模型。 掌握 分析单自由度和多自由度系统振动响应的数学方法。 熟悉 连续系统振动的基本分析技术。 理解 频域分析和随机振动分析的基本概念。 了解 振动控制的基本原理和技术。 认识 振动理论在机械、土木、航空航天、声学等众多工程领域中的广泛应用。 培养 运用振动理论解决实际工程问题的能力。 这本书旨在为工程师、研究人员以及对动态系统感兴趣的学生提供一个全面而深入的振动理论学习平台。我们将力求内容严谨,同时注重理论与实践的结合,通过大量的实例和图解,使抽象的理论概念变得生动易懂。无论您是初学者还是希望深化专业知识的从业者,本书都将是您探索振动世界、掌握动态系统奥秘的宝贵指南。

作者简介

目录信息

PREFACE
THE SI SYSTEM OF UNITS
CHAPTER 1:OSCILLATORY MOTION
1.1 Harmonic Motion
1.2 Periodic Motion
1.3 Vibration Terminology
CHAPTER 2:FREE VIBRATION
2.1 Vibration Model
2.2 Equation of Motion:Natural Frequency
2.3 Energy Method
2.4 Rayleigh Method:Effective Mass
2.5 Principle of Virutal Word
2.6 Viscously Damped Free Vibration
2.7 Logaritymic Decrement
2.8 Coulomb Damping
CHAPTER 3:HARMONICALLY EXCITED VIBRATION
3.1 Forced Harmonic Vibration
3.2 Rotating Unbalance
3.3 Rotor Unblance
3.4 Whirling of Rotaning Shafts
3.5 Suppory Motion
3.6 Vibration Isolation
3.7 Energy Dissipated by Damping
3.8 Equvalent Viscous Damping
3.9 Structural Damping
3.10 Sharpness of Resonance
3.11 Vibration—Measuring Instruments
CHAPTER 4:TRANSIENT VIBRATION
4.1 Impulse Excitation
4.2 Arbitrary Excitation
4.3 Laplace Transform Formulation
4.4 Pulse Excitation and Rise Time
4.5 Shock Response Spectrum
4.6 Shock Isolation
4.7 Finite Difference Numerical Comqutatoon
4.8 Runge—Kutta Method
CHAPTER 5:SYSTEMS WITH TWO OR MORE DEGREES OF FREEDOM
5.1 The Normal Mode Analysis
5.2 Initial Conditions
5.3 Coordinate Coupling
5.4 Forced Harmonic Vibration
5.5 Finite Difference Method for Systems of Equations
5.6 Vibration Absorber
5.7 Centrifugal Pendulum Vibration Absorber
5.8 Vibration Damper
CHAPTER 6:PROPERTIES OF VIBRATING SYSTEMS
6.1 Flexibility Influence Coefficients
6.2 Reciprocity Theorem
6.3 Stiffness Influence Coefficients
6.4 Stiffness Matrix of Beam Elements
6.5 Static Condensation for Pinned Joints
6.6 Orthogonality of Eigenvectors
6.7 Modal Matrix
6.8 Decoupling Forced Vibration Equations
6.9 Modal Damping in Forced Vibration
6.10 Normal Mode Summation
6.11 Equal Roots
6.12 Unrestrained (Degenerate) Systems
CHAPTER 7:LAGRANGE'S EQUATION
7.1 Generalized Coordinates
7.2 Virtual Work
7.3 Lagrange's Equation
7.4 Kiic Energy, Potential Energy, and Generalized Force in Terms of Generalized Coordinates q
7.5 Assumed Mode Summation
CHAPTER 8:PUTATIONAL METHODS
8.1 Root Solving
8.2 Eigenvectors by Gauss Elimination
8.3 Matrix Iteration
8.4 Convergence of the Iteration Procedure
8.5 The Dynamic Matrix
8.6 Transformation Coordinates (Standard Computer Form)
8.7 Systems with Discrete Mass Matrix
8.8 Cholesky Deposition
8.9 Jacobi Diagonalization
8.10 QR Method for Eigenvalue and Eigenvector Calculation
CHAPTER 9:VIBRATION OF CONTINUOUS SYSTEMS
9.1 Vibrating String
9.2 Longitudinal Vibration of Rods
9.3 Torsional Vibration of Rods
9.4 Vibration of Suspension Bridges
9.5 Euler Equation for Beams
9.6 System with Repeated Identical Sections
……
CHAPTER 10:INTRODUCTION TO THE FINITE ELEMENT METHOD
CHAPTER 11:MODE—SUMMATION PROCEDURES FOR CONTINUOUS SYSTEMS
CHAPTER 12:CLASSICAL METHODS
CHAPTER 13:RANDOM VIBRATIONS
CHAPTER 14:NONLINEAR VIBRATIONS
APPENDICES
ANSWERS TO SELECTED PROBLEMS INDEX
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我必须指出,这本书的侧重点明显偏向于传统的机械和土木工程应用,这使得它在某些现代工程领域,比如微机电系统(MEMS)或声学超材料的振动特性分析方面,覆盖略显不足。虽然它提供了处理连续介质振动的通用框架,但针对特定材料行为的本构关系介绍相对保守。然而,从基础理论的建立角度来看,这种稳健的处理方式是其优势所在。例如,书中对各种边界条件的系统性梳理,几乎涵盖了所有标准结构工程师可能遇到的常规配置。它在处理圆盘和圆柱壳的屈曲和振动问题时,展现出了极其扎实的数学功底,引用了大量的贝塞尔函数和修正贝塞尔函数的解法,对于需要进行精确应力分析的读者来说,这是一份极其详尽的参考资料。这本书的价值在于它提供了一个坚实可靠的理论基石,而不是追逐每一个最新的研究热点,它教会你如何从第一性原理出发去解决问题。

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坦白说,我最初是带着一些怀疑翻开这本书的,因为“振动理论与应用”这个题目实在太泛泛了。然而,这本书的叙事节奏和结构安排很快就吸引了我。它不像某些教科书那样,上来就用一堆抽象的数学符号将读者淹没。相反,它从一个非常直观的、基于物理现象的视角切入,例如引入阻尼概念时,是通过粘滞阻尼和干摩擦阻尼在不同工况下的实际差异来阐述的,这种方法极大地降低了初学者的入门门槛。接着,作者非常巧妙地过渡到拉格朗日方程和哈密顿原理的应用,使得能量法在处理多自由度系统时,显得逻辑严密而富有美感。我尤其欣赏它对“应用”部分的重视,书中穿插的大量算例,不仅仅是数值计算,更包含了有限元法在实际结构分析中的初步概念引入,这在同类书籍中并不常见。整体来看,这本书的写作风格是那种严谨中带着引导性的,它引导你思考“为什么”而不是仅仅告诉你“是什么”。

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这本关于振动理论及其应用的著作,着实让人眼前一亮。从我接触的众多工程力学教材来看,这本书在平衡理论的深度与实际工程问题的相关性之间找到了一个绝佳的契合点。它不仅仅是枯燥的数学推导的堆砌,而是将复杂的动力学原理,如模态分析和随机振动,置于真实的机械系统背景之下进行阐释。例如,书中对梁和桁架的连续体振动建模部分,处理得极为精妙,它没有回避微分方程的复杂性,但同时用清晰的图示和具体的案例,帮助读者理解这些方程背后的物理意义。特别是关于非线性振动章节,作者没有停留在传统的范德波尔振荡器,而是深入探讨了混沌现象在机械系统中的表现,这对于从事前沿故障诊断工作的工程师来说,无疑是一份宝贵的参考资料。读完后,我感觉自己对工程结构在动态载荷下的响应机制有了更深层次的洞察力,远超我以往对经典振动学教材的理解。它的严谨性和内容的广度,使其不仅仅是一本教科书,更像是一本可以随时翻阅的工具手册。

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读完这本书,我最大的感受是它极大地拓展了我对“系统响应”的理解边界。很多教材倾向于将阻尼视为一个固定参数,但这本书在引入结构阻尼和材料阻尼模型时,显得尤为审慎和深入。作者不仅仅讨论了瑞利阻尼,还详细探讨了粘弹性材料如何影响系统的瞬态响应和稳态响应。更进一步,它对模态叠加法的应用和局限性进行了坦诚的剖析,指出了在强非线性或参数变化较大的系统中,简单模态分析可能带来的误差。这使得我在实际进行有限元模型验证时,能够更加批判性地看待计算结果。此外,书中关于吸收器和控制振动技术的讨论,虽然篇幅不长,但却提供了非常具有启发性的思路,展示了理论如何直接转化为主动或被动控制策略。总而言之,它成功地将深奥的理论数学与实际工程中的减振降噪需求紧密地编织在一起,是一部具有高度实用价值和理论深度的力作。

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这本书的排版和图例设计,堪称一流,这对于理解高维度的振动现象至关重要。我发现自己很少需要去查阅外部资料来理解书中的某个特定概念,原因在于作者对关键公式和物理图像的视觉化处理非常到位。比如,在阐述主坐标变换时,配有的动态示意图清晰地展示了不同振型之间的解耦过程,这比纯粹的矩阵运算描述要高效得多。不过,这本书的深度也带来了一定的挑战性。对于那些刚刚接触基础动力学的读者,可能需要较强的数学基础才能完全跟上作者在处理强迫振动和响应谱分析时的速度。对我个人而言,我最受益的是它对随机振动理论的讲解,那种将概率密度函数与系统传递函数相结合的论述方式,非常有助于我理解桥梁在风致激励下的疲劳寿命预测。总而言之,这是一本需要投入时间和精力的读物,但投入的每一分钟都是值得的,它提供的知识深度足以支撑研究生阶段的研究工作。

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