《机电装备振动分析》教学大纲

课程编号：ME5101

课程名称：机电装备振动分析          英文名称：Vibration Analysis for Electro-mechanical Equipments

学分/学时：2.5/40(34+4+8)              课程性质：专业特色课

适用专业：机械设计制造及其自动化     建议开设学期：第五学期

先修课程：线性代数、材料力学         开课单位：机电工程学院

1.课程的教学目标与任务

机械装备中的振动问题关系到其能否正常运行。本课程着重介绍机电装备中的振动基本理论与分析方法，包括单自由度，两自由度，多自由度的基本振动机理及振动分析方法。通过本课程的教学，学生初步掌握振动的基本理论和分析计算方法，了解振动的基本特性，理解振动系统的固有频率和模态概念，为今后处理机电装备中的振动问题打下基础。

     教学目标1：掌握单自由度系统及多自由度系统的理论知识和分析方法；

     教学目标2：掌握振动系统的动力学建模，将其应用于振动问题的建模、计算和求解；

教学目标3：熟悉机电装备的振动机理，具备初步的振动分析计算及隔振设计能力；

教学目标4：掌握振动系统的模态计算和分析方法，将其应用于复杂振动系统的模态分析，并利用现代工具实现相关分析和计算；

教学目标5：能对机电装备中复杂振动问题进行分析计算，并对结果进行完善和改进，撰写规范的分析报告。

1. 2.课程目标与毕业要求对应关系

3.课程具体内容及基本要求

课程具体内容分为理论教学、实验教学和实践教学。

一、理论教学

(一) 机械振动学基础(2学时)(支撑课程目标1）

了解振动的基本概念及研究目的。

1）基本要求

（1）了解机械振动的基本概念及构成机械振动系统的基本元素；

（2）了解工程中常见的几类机械系统振动问题；

（3）掌握简谐振动、周期振动、简谐振动的合成；

（4）掌握自由度、广义坐标的概念。

2）重点、难点

重点：简谐振动、周期振动。

难点：简谐振动的合成。

3）作业及课外学习要求

课后习题，复习傅里叶级数。

（二）单自由度系统（12学时）（支撑课程目标1、2、3）

学习单自由度系统的自由振动及强迫振动。

1）基本要求

 (1) 掌握无阻尼单自由度自由振动系统的建模与分析、对初始条件的响应；

（2）掌握等效质量、等效刚度、能量法；

（3）掌握有阻尼单自由度自由振动系统的建模与分析，对初始条件的响应。

（4）掌握简谐激励（简谐激励力、旋转不平衡质量、基础运动）下的强迫振动；

（5）了解隔振概念和振动测试仪器；

（6）掌握非简谐激励（周期、非周期）下的系统响应；

（7）了解脉冲响应函数、频响函数。

2）重点、难点

重点：固有频率的概念。

难点：非周期激励下的系统响应。

3）作业及课外学习要求

课后习题，复习材料力学、卷积。

（三）两自由度系统（8学时）（支撑课程目标1、2、3）

学习两自由度系统的固有模态振动及稳态响应。

1）基本要求

（1）掌握无阻尼两自由度系统的自由振动、对初始条件的响应；

（2）了解主坐标、耦合的概念；

（3）掌握无阻尼两自由度系统的强迫振动；

（4）了解无阻尼吸振器；

（5）了解有阻尼两自由度系统及有阻尼吸振器；

（6）了解位移方程。

重点：无阻尼两自由度系统、振型的概念。

难点：有阻尼两自由度系统。

3）作业及课外学习要求

课后习题，复习线性代数。

（四）多自由度系统（12学时）（支撑课程目标1、2、3、4、5）

学习多自由系统的振动机理。

1）基本要求

（1）掌握运动微分方程的建立（牛顿第二定律、Lagrange方程，影响系数法）；

（2）掌握无阻尼多自由度系统的自由振动、模态的概念，系统对初始条件的响应；

（3）掌握无阻尼多自由度系统振型的正交性、主坐标；

（4）了解半确定系统、等频率系统；

（5）掌握无阻尼多自由度系统的强迫振动；

（6）掌握模态分析法；

（7）了解有阻尼多自由度系统。

2）重点、难点

重点：模态的概念、模态分析法。

难点：有阻尼多自由度系统。

3）作业及课外学习要求

课后习题，了解复模态理论。

二、实验教学

《机电装备振动分析》课程实验是本课程重要的实践教学环节之一。通过实验，使学生熟悉一些与本课程有关的实验设备、掌握最基础的实验方法及实验的基本技能。培养认真细致、一丝不苟的工作作风，提高观察问题、分析问题和解决问题的能力。并对本课程的基本概念、基本理论起到巩固和加深的作用，为学习后续课程及今后从事技术工作打下必要的基础。

(一)实验内容

具体实验内容见下表。

(二)实验评分标准

三、实践教学

《机电装备振动分析》课程实践是本课程重要的实践教学环节之一。通过实践，使学生初步具有利用所学专业知识，系统分析与解决复杂工程问题的能力。培养学生建立模型、运用现代工具、创新、综合分析问题以及解决问题的能力。并对本课程的基本概念、基本理论起到巩固和加深的作用，为学习后续课程及今后从事技术工作打下必要的基础。

(一)实践内容

具体实践内容见下表。

（二）实践评分标准

(1)报告的书写规范（10分）

1)字体统一、标题显著、公式编辑规范、图表规范，整体排版统一  ( 4分)

2)行文逻辑严谨，顺畅 （注意运用专业术语进行分析，尽量减少不规范的行文语言、语气和语调）     ( 4分)

3)参考文献的正确引用 （对别人工作的引用，务必表明出处）     ( 2分)

(2)实践报告的内容（70分）

1）封面、目录以及参考文献（5分）

2）研究问题的表述（10分）

a.要求查阅资料，了解所研究对象的应用范围、发展现状以及其中所涉及的振动问题。（5分）

b.要求用专业术语对问题进行准确的描述（5分 ）

3）数学力学建模及模态分析过程（50分）

a.分析研究对象，进行问题合理的简化，建立相应的力学与数学模型，并说明简化的理由（10分）

b.在所建立的振动动力学模型基础上，进行模态分析（要求详细描述模态计算与分析过程，要求列出所得到的模态参数，其中振型需要另外以图形方式给出。）（30分）

c.软件仿真与实验测试及结果分析（需要对编程仿真过程以及涉及到的实验测试过程进行描述）（10分）

4）实践心得,要求描述在实践过程中的心得，遇到困难，以及团队的合作（5分）

(3)过程检查成绩( 20分):根据每次实践检查中组员现场表现、对所实践问题表述与思考的能力，小组的团队

四、教学安排及方式

总学时40学时，其中：讲授34学时，实验4学时，实践8学时。

注：教学方式填写“讲授、实验或实践、上机、综合练习、多种形式”。

五、本课程对培养学生能力和素质的贡献点

本课程以课堂教学为主，结合实验、实践等教学手段和形式完成课程教学任务。

在课堂教学中，通过讲授、提问、讨论等教学方法和手段，课后充分利用网络资源，进行学习讨论、网络答疑、解题指导等方式让学生理解机械振动学课程的体系、主线，主要内容、原理和分析方法，为学生学习专业知识和从事工程技术工作打好振动分析及动力学的理论基础，并使他们受到必要的基本技能的训练。振动分析课程知识覆盖面广，理论严密，逻辑性强，有广阔的工程背景。学习机电装备振动分析课程，对培养学生辩证思维能力，树立理论联系实际的观点，提高分析问题、解决问题的能力等，都有着重要的作用。

在实验教学环节中，通过教师的指导和自己动手，了解振动测试系统组成，掌握基本振动测试仪器的使用方法，帮助学生进一步加深对所学振动理论知识的理解，同时也有助于学生提高发现问题、分析问题及解决问题的能力。

在实践教学环节中，通过对复杂结构的模态分析，提高学生利用所学理论知识综合分析和解决实际工程问题的能力，进一步加深学生对机电装备中振动问题的认识。

通过本课程的学习，使学生熟悉振动在机电装备领域中的应用，了解机械振动技术对现代机电装备发展的作用，能够综合运用所学的机械振动基础知识为专业学习服务。为学生学习专业知识和从事机电装备方面的工作打好动力学理论基础，并使他们受到必要的基本技能的训练，有助于学生综合能力和整体素质的提高。

六、考核及成绩评定方式

最终成绩由实验成绩（10%）、实践成绩20%）和课堂成绩（70%）组成，其中课堂成绩包含平时成绩（20%）和卷面成绩（80%），各部分所占比例如下：

平时成绩：20%。主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度以及分析复杂振动工程问题的技能。

卷面成绩：80%。主要考核机械振动学基础知识的掌握程度。书面考试形式。题型为：简答题和计算题等。

课程目标达成评价：

七、教学环节评分标准

1. 作业评分标准

2．实验成绩评分标准

3. 实践成绩评分标准

4. 课程考试评分标准

八、教材及参考书目

教材：

《机械振动学》（第二版），程耀东编，杭州：浙江大学出版社，2002

参考书目：

1.   《振动力学》，倪振华编，西安：西安交通大学出版社，1990

2.   《机械振动学》，闻邦椿，冶金工业出版社 2011

3.   《Theory of Vibration: AnIntroduction》，A.A.Shabana，Springer，1996

4.   《振动力学》，刘延柱，高等教育出版社，2011

8、说明

（一）与相关课程的分工衔接

在讲授本门课程前，学生应完成《材料力学》、《线性代数》、《理论力学》等课程的学习。此课程应在《有限单元法》之前开设。

（二）其他说明

无

（执笔人：徐亚兰仇原鹰  审核人：朱敏波）

2019年8月26日

教材：

《机械振动学》（第二版），程耀东编，杭州：浙江大学出版社，2002

参考书目：

1.   《振动力学》，倪振华编，西安：西安交通大学出版社，1990

2.   《机械振动学》，闻邦椿，冶金工业出版社 2011

3.   《Theory of Vibration: AnIntroduction》，A.A.Shabana，Springer，1996

4.   《振动力学》，刘延柱，高等教育出版社，2011