振动理论

开课班次:
开课时间: 2015-03-16 — 2015-05-10
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课程介绍

随着工程技术的发展,振动问题已经成为各个工程领域内经常提出的严重问题,因此振动力学应该是工程技术人员必须掌握和具备的理论知识。在机械、航空航天、土建、水利等工程专业的本科生和研究生教学过程中,振动理论(又称振动力学)是一门重要的专业基础课,它更是工程力学专业本科生教学的主干课程之一。本课程的任务是教授学生振动的基本理论和分析方法,培养学生运用振动的基本理论去解决工程振动问题的能力。

课程大纲

第一部分  单自由度系统振动
1.阻尼自由振动
2.线性系统的受迫振动
3.受迫振动的过渡阶段
4.简谐激励下的受迫振动
5.任意周期激励下的响应
6.非周期激励的响应

要求:单自由度系统的振动理论是多自由度系统振动分析的基础,具体需要掌握的知识点包括:用能量法建立动力学方程和求解固有频率,初始条件下自由振动的求解,简谐、周期和任意激励下的受迫振动的求解,共振特性,过渡阶段振动的特征,等效质量和等效刚度,基础隔振、转子的临界转速。

第二部分  多自由度系统的振动
1.多自由度系统的自由振动
2.多自由度系统的模态
3.模态的正交性
4. 固有频率为零的情况
5.固有频率相等的情况
6.多自由度系统的受迫振动
7.有阻尼的多自由度系统

要求:重点掌握模态、模态正交性和模态叠加法,具体需要掌握的知识点包括:采用影响系数法建立系统动力学方程,模态,模态的正交性,固有频率为零根和重根的处理方法,模态叠加法,动力吸振器,复模态分析技术。

第三部分  线性振动的近似计算方法
1.邓克利法
2.瑞利法
3.里兹法
4.传递矩阵法

要求:掌握以上4种近似解法的求解思路和各自的特点。

第四部分  连续系统的振动
1.杆的纵向振动
2.梁的横向振动
3.集中质量法,模态综合法1,假设模态法
4.有限元方法
5.模态综合法2

要求:掌握连续系统的模态分析技术,以及与多自由度系统中的模态特性的区别;掌握工程中常用的几种离散化方法。

学习要求

【实验(上机)内容和基本要求】

本课程无实验和上机的教学安排,但要求学生结合本专业的特点和所研究的课题,选择部分算法自己上机实现。要求学生熟悉 Matleb 编程语言。

【对学生能力培养的要求】

本课程属于力学基础课程。希望在教师引导下,学生逐步学会自己从前人研究问题和分析问题的过程中、以及演绎推导的结果中,体会和领悟这些人类高级心智文明的成果,使学生自己真正学懂力学,而不是被“教会”力学;同时希望学生通过研究式的钻研、探索乃至犯错误的过程中,培养从错纵复杂的现象事理和繁杂无序的结果数据中寻找与总结内在关系和规律的能力,并且体会科学研究的艰辛和乐趣,培养在科学研究和事理处理上百折不挠、持之以恒的毅力和意志。提高他们的力学素质和修养,提高他们开展科技活动和社会实践的能力以及开展科研工作的能力。经过本课程的学习,学生应当具备对工程振动问题正确的力学建模能力、以及运用振动的基本理论和分析方法解决问题的能力。

考核标准

“好大学在线”的课程成绩有线上成绩和综合成绩。
       由于本课程的特殊性,线上成绩包括主观练习、课内讨论、课件浏览。每个部分的比例构成由教学团队确定。线上成绩合格者(即≧60分)就可以申请学习证书。
       本门课程线上成绩满分100分,其中:主观练习60%,课件浏览30%,课内讨论10%。
       课程的综合成绩满分100分,由线上成绩、线下成绩(考试)、其它项三部分构成,其它项包括但不限于翻转课堂,可能还有其它的加分项。其中:线上成绩50%,线下成绩50%,另外还可能有额外加分的其它项(翻转课堂5%),但总分不超过100分。一般情况下,课程的综合成绩≧60分,即为课程合格。
       学分学习者要申请学分,以综合成绩为标准,“好大学在线”将提供综合成绩给各合作学校教务处,由各校教务处确定成绩合格标准。“好大学在线”学员可向其所在学校教务处申请学分认证(各校慕课学分政策,请咨询所在学校教务处)。

       具体说来,成绩各构成部分详细情况如下:

       1、主观练习
       主观练习一般以互评作业的形式出现。互评作业包括“答题阶段”和“互评阶段”,都需要大家认真完成。每个学生的作业分数由作业成绩和互评作业分二部分构成。

     【答题阶段】:
       通常会与每周学习内容同步发布(也有可能延后几天)。发布之后即进入答题阶段。这一阶段请大家认真回答并注意保存答案、及时提交,在答题截止时间之前可以随时对答案进行修改。
     【互评阶段】:
      在答题截止时间之后,自动进入互评阶段,这时不能再修改自己的作业提交,但可以看到参考答案及其他同学的答题,这一阶段需要对若干名同学的作业进行评分。
学生对他人作业的评价行为(评阅数量及评阅质量)将计入分数,称为互评作业分。仅完成答题但没有完成评价任务的将导致扣分,甚至不能获得互评作业分。

       2、课件浏览
       学生需要观看课程视频来学习课程,系统会记录学生的整个学习过程。系统最终以观看视频的总体情况来进行判分。不看视频、少看视频将可能会导致扣分。

       3、课内讨论
       课程都有一个课内讨论区,学生可以进入讨论区积极参加课程学习讨论。学生参与讨论的情况将被记录下来,作为评分依据。

       4、线下期末考试
       课程临近结束,学分学习学生须报名参加线下期末考试。

       5、“翻转课堂”
       根据课程实际运行情况,教学运行团队将组织形式多样的“翻转课堂”。协助教学运行团队组织、参与、课堂表现优异的部分学员,可获适当加分。



                                                                                          “好大学在线”运行团队
                                                                                                          2015.3.1

教材教参

《振动力学》(第2版),刘延柱、陈文良、陈立群编著,2011
参考书:
Thomson WT. 《Theory of Vibration with Applications》, Prentice - Hall, 1972
Merovitch L. 《Elements of Vibration Analysis》, Mc Graw - Hill, 1975
Timoshenko S. 《Vibration Problems in Engineering》, 4ed, John Wiley & Sons, 1974
倪振华. 《振动力学》, 西安交通大学出版社, 1994
方同, 薛璞. 《振动理论及应用》, 西北工业大学出版社, 1998
季文美. 《机械振动学》, 科学出版社, 1985
王永岩. 《动态子结构方法理论与应用》, 科学出版社, 1999