1、机械振动与噪声控制课程教学设计 摘 要：机械振动与噪声控制课程适用的专业为机械类和近机类，选修学生处于大学本科三年级下学期的阶段。本文从教学的内容设计上，阐述了这门课程的专业特点。 关键词：机械振动;噪声控制;微分方程 1. 课程描述 机械振动与噪声控制课程适用的专业为机械类与近机类，选修学生属于大学本科三年级下学期的范围。本课程侧重机械振动与噪声控制原理，其内容密切联系实际工程，是一门专业基础选修课程。该课程以机械设计、机械原理为理论基础，研究机械工程中广义系统的振动问题;同时它又是一种方法论。 2. 课程目标 本课程的目的在于使学生能以动态而不是静态的观点去看待一个机械工程系统;从整体而不
2、是孤立的视角，从整个系统中的信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为;能结合机械工程，应用经典振动理论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决其中的问题。要重点研究2个方面：对机、电、液系统中存在的问题能够以振动力学的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的内质和有效的解决方法;如何控制一个机、电、液系统，使之按预定的规律运动，以达到预期的技术经济指标，为实现最佳振动奠定基础。 3. 课程内容及安排 授课28学时，实验4学时。 第O章 绪论 本章教学目标：全面掌握机械振动的基本概念和研究对象，了解本课程的研究任务、学习目的和意义。 本章教学基本要求：了解机械振动的基本含义和研究对象，学
3、习本课程的目的和任务;掌握广义系统运动微分方程的含义。了解系统、广义系统的概念，了解系统的基本特性。掌握自由度的含义，学会分析动态系统内振动的过程，掌握系统或过程中存在的耦合。了解力学系统的几种分类方法;掌握振动力学的工作原理、组成;领会激励、响应的意义。了解振动系统中基本名词和基本变量。了解线性系统、非线性系统、确定性振动、随机振动的概念。了解模态的基本组成。 第1章 单自由度线性系统的自由振动 本章教学目标：学会单自由度线性系统的振动微分方程的建立方法、简化方法与分析方法。 本章教学基本要求：了解振动微分方程的基本概念。能够运用动力学、电学及专业知识，列写机械系统、电子网络的振动微分方程。
4、掌握阻尼的概念、特点，学会求等效阻尼。能够用拉普拉斯变换求系统的频率响应函数。掌握频率响应函数的基本形式及相关参数的物理意义。了解无阻尼固有频率、有阻尼固有频率的意义。能够根据系统的振动微分方程，求出系统振动的通解。掌握无阻尼系统、具有黏性阻尼系统的响应求法。掌握相平面方法，了解相平面、相轨迹与奇点的概念。 第2章 单自由度线性系统的受迫振动 本章教学目标：学会通过系统的受迫振动方程来分析系统的时间特性。 本章教学基本要求：了解系统受迫振动的组成。初步掌握系统的特征根的实部与虚部对系统自由响应项的影响情况。了解受迫振动系统时间响应分析中常见的典型输入信号及其特点。掌握简谐激励的定义和基本参数，
5、能够求解单自由度线性系统的单位脉冲响应。掌握受迫振动系统过渡阶段的基本形状及意义。掌握共振现象。掌握幅频响应曲线、相频响应曲线的基本形状，以及振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系。掌握半功率带宽的定义及其与系统特征参数之间的关系。了解如何通过半功率带宽的方法，解答系统的阻尼比。掌握共振频率的定义，掌握品质因数与系统阻尼比的关系，掌握频率比的含义。能够求解任意激振力作用下的响应，掌握卷积法，机械阻抗方法。 第3章 多自由度线性系统的振动 本章教学目标：学会通过系统运动方程的矩阵形式来分析系统的特性。 本章教学基本要求：掌握刚度影响系数的定义，掌握广义特征值问题、固有模态与模态正交性。掌握模态质量、
6、模态刚度、模态矩阵、主坐标的求法。掌握复指数算法的基本数学原理，会严格证明。熟悉动柔度矩阵或复频响应矩阵。掌握比例黏性阻尼和实模态理论，瑞利阻尼的定义和具体表达式，瑞利阻尼中两个比例系数的确定。了解自由振动的模态叠加方法。会用模态叠加方法和直接求解方法确定系统的自由振动。了解减振器的概念。 第4章 连续线弹性系统的振动 本章教学目标：学会连续线弹性系统振动的求解方法。 本章教学基本要求：了解连续参数系统的定义。掌握直杆的纵向自由振动方程。学会固支杆、自由杆、一端固定一端自由杆的模态图。掌握模态函数的正交性。理解欧拉-伯努利直梁的弯曲振动动力学平衡方程。掌握均匀悬臂梁、均匀简支梁、均匀自由梁的模
7、态图。理解矩形薄板自由振动，薄板的简单边界条件，前4阶模态的绘制。 第5章 线性振动的近似分析方法 本章教学目标：学会瑞利近似分析方法。 本章教学基本要求：了解近似分析方法的由来。掌握瑞利商。熟练掌握用瑞利法计算均匀简支梁的基频。（作者单位：三峡大学机械与动力学院） 基金项目：三峡大学2013年高等教育科学研究项目（1322） 参考文献： 1 田红亮，钟先友，秦红玲，依据各向异性分形几何理论的固定结合部法向接触力学模型J.机械工程学报，2013，49（21）：108-122. 2 田红亮，钟先友，赵春华，区分弹性与塑性变形的结合面法向校正模型J.机械工程学报，2014，50（17）：107-1
8、23. 3 田红亮，钟先友，赵春华，计及弹塑性及硬度随表面深度变化的结合部单次加载模型J.机械工程学报，2015，51（5）：90-104. 4 田红亮，赵春华，朱大林，金属材料结合部法切向刚度修正与实验验证J.农业机械学报，2012，43（6）：207-214. 5 田红亮，朱大林，秦红玲， 结合部法向载荷解析解修正与定量实验验证 J. 农业机械学报，2011，42（9）：213-218. 6 田红亮，赵春华，朱大林，整个螺栓结合部的法向连接动刚度及试验验证 J. 西安交通大学学报，2012，46（9）：31-36. 7 田红亮，朱大林，秦红玲.固定接触界面法向静弹性刚度 J. 应用力学学报
9、，2011，28（3）：318-322. 8 田红亮，赵春华，方子帆，微动结合部的一次加载过程 J. 振动与冲击，2014，33（13）：40-52. 9 田红亮，赵春华，方子帆，基于各向异性分形理论的结合面切向刚度改进模型 J. 农业机械学报，2013，44（3）：257-266. 10 田红亮，方子帆，朱大林，固定接触界面切向静弹性刚度问题研究J.应用力学学报，2011，28（5）：458-464. 11 田红亮，陈从平，方子帆，应用改进分形几何理论的结合部切向刚度模型J. 西安交通大学学报，2014，48（7）：46-52. 12 田红亮，刘芙蓉，方子帆，结合部静摩擦因数修正与定量实验验
10、证J. 农业机械学报，2013，44（10）：282-293. 13 田红亮，赵春华，方子帆，金属材料表面静摩擦学特性的预测研究理论模型J.振动与冲击，2013，32（12）：40-44，66 14 田红亮，刘芙蓉，赵春华，金属材料表面静摩擦学特性的预测研究实验佐证J.振动与冲击，2014，33（1）：209-220 15 田红亮，赵春华，方子帆，基于各向异性分形几何理论的摩擦非线性数学模型J.振动与冲击，2013，32（23）：135-144 16 田红亮，赵春华，方子帆，基于修正分形理论的结合面静摩擦模型J.华中科技大学学报：自然科学版，2013，41（11）：71-75第 6 页 共 6 页
