工程振动测试技术_主编刘习军, 张素侠_9787111542407

本书系统地介绍了结构振动和机械振动的基本原理及其在工程中的应用。内容主要包括：单自由度、多自由度和弹性体的自由振动、衰减振动、受迫振动的理论和方法，着重论述了实际工程问题的力学模型的简化过程,解决多自由度振动系统中行之有效的数值计算方法、工程上经常应用的有限元法等,杆、梁、环、板等连续弹性体的振动理论，其中包括剪切应变、转动惯量、轴向力对梁的横向振动的影响，非线性振动理论以及在工程中行之有效近似解决方法，结合工程实例（如龙洗现象等），解释了一些典型的非线性振动现象。

　随着生产技术的发展，动力结构有向大型化、高速化、复杂化和轻量化发展的趋势，由此而带来的振动问题更为突出。解决振动问题主要有两种方法——理论方法和实验方法，两种方法具有相辅相成的作用，它们的结合运用是解决工程振动的有效方法。
　　用实验的方法解决振动问题经历了半个世纪的发展过程，直到20世纪70年代以后，振动测试技术才进入了一个重要的发展时期。在这一时期，由于计算机的快速发展以及快速傅里叶变换的普遍应用，各种基于数字信号处理原理的频率分析仪以及以计算机为核心的多功能信号分析软件大量涌现，从而大大加强了对工程振动信号时域及频域的分析功能。由于有关软件功能的不断完善，在测试过程中只要掌握振动理论，并熟悉有关仪器、设备的工作原理以及操作步骤和要求，根据激励和响应的关系，就能很容易地通过计算机软件进行模态分析而得到各阶振动模态特性。此外，为环境模拟实验需要而发展起来的振动控制原理与技术，为机器设备故障诊断而发展起来的各种振动状态监测与分析系统，都是振动测试应用的重要方面。振动测试是一种解决工程振动问题的好方法，随着科学技术的发展，它已成为一门综合性学科，并深入到各科技、生产领域，是解决结构设计、设备运行、产品试制中有关振动问题的必不可少的手段。因此，为解决现代科学技术和工程实际问题中的振动问题，掌握工程振动测试技术是十分必要的。
　　由此，许多学校在力学、机械、航空、航天、船舶、车辆、建筑、土木和水利等各专业开设了相关的振动测试技术课程，为适应工程建设的需要，天津大学的国家资源共享课“工程振动与测试”在网上发布了教学全程录像，以及几个典型教学实验（如中华文物龙洗和编钟实验）的全程录像，解决了此课程的实验问题，以方便大家以网络形式学习，为全程教育提供了平台。为满足教学和工程建设的需求，本书在编写中本着由浅入深、通俗易懂的原则，以务实为根本，着重介绍了有关的基本概念和原理，从而避免了烦琐的数学推导。
　　本书对振动测试系统着重介绍其工作原理和应用：如对有些仪器，着重用框图说明电路各环节的作用，而不涉及具体的线路图；对传感器，主要用示意图说明其工作原理，而不涉及其实际结构。上述处理可为工程技术人员的初学和应用创造有利条件。
　　考虑到部分读者可能对振动基本理论不甚熟悉，这将影响对测试技术的理解和应用。为此，本书在第1章中用通俗易懂的方式对有关振动的基本理论和概念进行了简单介绍，以建立振动理论与测试技术的相互联系。
　　随着现代科学技术的迅猛发展，先进的测试与传感技术不断涌现，测试仪器和设备不断更新换代，所以本书在编写方法上：一是为读者自学、深造和拓宽知识打下坚实的基础；二是大胆地推陈出新，注意引进新方法、新技术和新科技成果，根据工程振动测试技术的特点精选内容，结合工程实际，反映现代分析方法和工程测试技术的发展等。
　　本书共分11章：第1章介绍了机械振动的基本理论，它是工程振动测试技术的理论基础。第2章介绍了振动测试中的基本方法，包括工程振动测试的基本原理、测试系统的组成和技术性能等。第3章介绍了传感器的机械接收原理和机电变换原理，包括机械式、压电式、电阻应变式、电感式、电容式、电动式等传感器的工程应用。第4章介绍了振动测试仪器及设备的工作原理，其中包括微分、积分放大器，滤波器，激振器、振动台、力锤等激振设备，并重点讨论了不同激励形式的激振器和振动台的工作原理和适用范围，以及振动测试系统的校准。第5章介绍了数据采集与信号的傅里叶分析原理；阐述了模数、数模转换，频率混淆与采样定理，泄漏与窗函数，傅里叶变换，快速傅里叶变换等基本概念；讨论了工程实际中对采样频率的要求和窗函数的选择。第6章介绍了虚拟仪器技术，并以虚拟仪器开发平台为研究对象，讲述了有关软件的使用方法，重点讲解了数据分析模块的基本功能。第7章介绍了实验模态分析，阐述了单自由度系统传递函数和多自由度系统传递函数矩阵的物理意义，介绍了模态参数识别的基本方法和在环境模态下的模态分析方法。第8章介绍了小波分析及其在基本参数识别和结构损伤识别方面的应用。第9章介绍了基本振动参数的实验方法等实例。第10章介绍了表面振动波的非接触测试方法。第11章介绍了激光测振原理及应用，其中重力波测试技术和激光测振技术是近年来在振动测试领域发展起来的新技术，并得到迅速的普及和应用。各章之中还包含部分工程应用实例。为便于学习，本书还配有相应的习题等。欲观看有关讲课视频录像和实验视频录像，可登录网站，选择国家资源共享课“工程振动与测试”课程的第2部分。
　　本书的主要内容是对多年振动测试技术课程讲授经验的总结，是在编者较早编写的《工程振动与测试技术》和《工程振动理论与测试技术》基础上改编而成的，增加了小波变换、虚拟仪器、表面振动波的非接触测试方法和激光测振仪等在工程上应用的新内容，并对其他章节进行了大幅度修改，有关专家经过详细审阅，提出了非常宝贵的意见，在此谨向他们表示衷心的感谢。
　　本书进行了两方面改进。首先，为方便学习以及快速掌握全书重点，本书采取了双色印刷技术，使重点更加突出。其次，在每一页引入了二维码，扫描二维码，可得到本页的相关资源，如要点提示、有关实验设备、图片、动画、思考题答案、实验设备应用微视频、实验录像以及学术讲座等内容。在使用本书相关资源的过程中，若读者有任何建议或意见，请联系我们，在此深表感谢。
　　本书第1、2、4、5、7、9、11章由刘习军执笔，第3章由徐家福执笔，第6章由刘鹏执笔，第8章由商开然、相林杰执笔，第10章由张素侠执笔，最后由刘习军、张素侠统稿。
　　本书可作为高等工科院校本科生和研究生的工程振动测试技术课程的教材或教学参考书，也可供从事机械、航空、航天、船舶、车辆、建筑和水利等行业的从事振动测试工作的工程技术人员参考。
　　限于水平，错误与不妥之处在所难免，恳请广大同行及读者指正。
　　编者

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