工程振动测试技术
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课程评价
spContent=工程振动测试技术是解决工程振动问题的重要手段之一,本课程力求用最简单的语言、动画和实验结果录像讲清基本概念,以通俗易懂为原则、以实用型为教学目的,通过学习可使学习者初步掌握解决振动问题的实验方法,欢迎大家在线学习。
—— 课程团队
课程概述

    《工程振动测试技术》是人工智能、测控技术的基础,它集振动理论、传感技术、数字信号分析和系统参数识别技术于一身,它是一门综合性技术。《工程振动测试技术》是工程力学专业的必修课,是机械、土木、化机等专业的选修课。通过该课程的学习可掌握振动测试技术的基本原理和方法,为解决工程实际问题提供十分重要的手段。


振动问题是近代工程领域中的重要课题。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。振动是许多专业技术的基础,它在航空、航天、机械、船舶、车辆、建筑和水利等工业技术部门中占有愈来愈重要的地位。因此,掌握工程振动测试技术中的基本概念、原理、分析方法和测试技术,在解决工程实际问题中的振动问题是十分重要的。


工程振动测试技术课程主要介绍的就是实验方法。为方便大家的学习,本课程在讲解过程中本着由浅入深、通俗易懂的原则,以趣味性的生活实例为讲授方法、着重介绍有关的基本概念和原理、设备操作、菜单选择所要注意的问题。以及振动基本参数的测试、实验模态分析等实验方法在工程中的应用等内容。结合工程实例讲解,避免了繁琐的数学推导,使此课程更加简单易学。本课程提供了若干个教学实验的全程录像,解决了此课程的实验问题。通过学习可使学习者初步掌握解决振动问题的实验方法。


在教材方面采用了与之配套的互联网+《工程振动测试技术》这一新形态教材,它的特色是:在每一页引入了二维码,扫描二维码可看到测试设备原理中的动画演示,实验视频录像等。


    本课程历经40年多年的发展与沿革,它是2007年被评为国家精品课程、2013年被批准为国家资源共享课的《工程振动与测试》的实验部分。本课程由天津大学刘习军教授、贾启芬教授及张素侠副教授主讲和辅导。

授课目标

《工程振动测试技术》主要介绍工程振动测试技术在工程中应用。

一、掌握工程振动测试技术的基本概念和原理,用于确定振动实验的原则和分析方法。

二、突出实验手段,了解该实验技术与工程实际的重要关系,通过观看教学实验全程录像,学习实验测试方法,结合工程实例,能利用其基本原理按有关实验要求,搭建组成振动测试系统,并在实验中正确应用。

三、掌握振动测试设备操作方法、数字分析中的菜单选择所要注意的问题等技术问题。

四、会利用基本测试设备进行振动基本参数的测试,以解决在工程中的应用问题。

五、掌握利用实验模态分析软件对工程中的实际问题进行模态分析,解决工程中的简单模态分析应用等问题。

六、结合工程实际,简单介绍新引进的科技成果中的新概念、新方法,了解反映现代分析方法和实验数值计算处理技术的新发展等。

课程大纲

一、课程的性质与目的

该课程是工程力学专业的必修课,是机械、土木、化机等专业的选修课。通过对该课程的学习使学员掌握振动测试技术的基本原理和方法,可通过实验技术验证理论计算结果。通过掌握振动测试的原理和振动实验的方法,为解决现代科学技术和工程实际问题提供十分重要的手段。

 

二、教学基本要求

该课程主要介绍测试理论与技术在工程中应用。一是了解掌握测试技术的基本理论和分析方法;二是结合工程实例,在教师的指导下,应用有关振动测试系统完成有关的基本实验内容,能利用其基本原理按有关实验要求,组成振动测试系统,在实验中正确应用。三是对科技成果中的新概念、新方法有所了解。提高起点,了解反映现代分析方法和实验数值计算处理技术的新发展等。


三.教学内容(可按章节和录像知识点写)

本课程共32学时

绪论

   1  绪论

   2  工程振动测试技术的应用----龙洗现象和桥梁的测试


第一章 振动的基本理论

   1.1.1  振动的基本概念

   1.1.2  振动系统的分类(I)

   1.1.3  振动系统的分类(II)

   1.1.4  多自由度系统的概念

   1.1.5  工程振动测试技术的应用----中华文物编钟

   1.2.1  单自由度系统—自由振动的解

   1.2.2 单自由度系统—衰减振动的解

   1.2.3  单自由度系统—受迫振动的解

   1.3.1  两个自由度系统的解----双摆的解法(I)

   1.3.2  两个自由度系统的解----双摆的解法(II)

   1.3.3  两自由度系统例题

   1.4.1  多自由度振动系统的解(I)----运动微分方程、固有频率和主振型

   1.4.2  多自由度振动系统的解(II)----主坐标和正则坐标

   1.4.3  例题1-5,求固有频率和主振型

   1.4.4  例题1-6,求主振型矩阵和正则振型矩阵

   1.4.5  求系统的响应

   1.4.6  振动理论总结


第二章 工程振动测试系统概述

   2.1  测试系统的组成及配置

   2.2  工程振动测量中的参量和仪器的选择


第三章 传感器的工作原理

   3.1  工程振动测试测试方法及分类

   3.2.1  相对式机械接受原理

   3.2.2  相对式传感器的机电变换原理-电涡流式传感器

   3.3.1  惯性式机械接受原理-力学分析

   3.3.2  惯性式机械接受原理-位移传感器

   3.3.3  惯性式机械接受原理-加速度传感器

   3.4.1  惯性式传感器的机电变换原理-压电式加速度传感器

   3.4.2  压电式加速度传感器应用

   3.4.3  压电式力传感器

   3.4.4  惯性式传感器的机电变换原理--阻抗头+电阻应变式加速度传感器


第四章 振动测试仪器及设备

   4.1.1  微积分放大器-微积分放大器概述

   4.1.2  微积分放大器-RC微分电路

   4.1.3  微积分放大器-RC积分电路

   4.2.1  模拟滤波器

   4.2.2  模拟滤波器-带通滤波器的基本参数

   4.3.1  压电式加速度传感器的测试系统概述

   4.3.2  电压放大器

   4.3.3  电荷放大器

   4.3.4  电荷放大器应用

   4.4  电涡流式传感器的测试系统

   4.5.1  激振设备-激振器

   4.5.2  激振设备-振动台

   4.5.3  激振设备-力锤

   4.6.1  振动测试仪器的校准-分部校准与系统校准+静态校准

   4.6.2  振动测试仪器的校准-绝对校准法+相对校准法


第五章 数字信号分析(Ⅰ)-傅里叶分析

   5.1  数据处理的基本知识概述

   5.2  傅里叶变换

   5.3  有限离散傅里叶变换

   5.4.1  快速傅里叶变换

   5.4.2  快速傅里叶变换流程图

   5.5.1  频率混淆与采样定理

   5.5.2  频率混淆    例题

   5.6.1  泄露现象

   5.6.2  窗函数

   5.6.3  栅栏效应

   5.6.4  采样定理与窗函数-例题-1

   5.6.5  采样频率与窗函数-例题-2

   5.7  噪声与平均技术

   5.8  数字式信号分析仪简介


第六章 虚拟仪器技术

   6.1  虚拟仪器概述

   6.2  虚拟仪器的编制


第七章 实验模态分析简介

   7.1  实验模态分析概述

   7.2.1  传递函数和频响函数

   7.2.2  单自由度系统参数识别

   7.3   传递函数矩阵和频响函数矩阵及物理意义

   7.4  传递函数在模态分析中的物理意义

   7.5.1  多自由度系统的模态参数识别

   7.5.2  多自由度系统的模态参数识别--例题

   7.6  模态分析中的几种激振方法

   7.7  模态分析的实验过程及实例(龙洗的模态分析)

   7.8  环境激励法的实验模态分析简介及例题(车桥耦合模态分析)

预备知识

高中物理知识、理论力学、高等数学,线性代数等课程。

证书要求

学员满足下列所有条件方能参与证书评定:

1、完成本课程所有章节的学习。

2、完成单元测验(比重45%)

3、完成期末考试(比重55%)

证书评定

合格证书:总分60~79。

优秀证书:80~100。

参考资料

(1)刘习军、张素侠主编,《工程振动测试技术》,第1版,机械工业出版社,2016年。

(2)刘习军、贾启芬、张素侠主编,《振动理论及工程应用》,第2版,机械工业出版社,2018年。

(3)刘习军、张素侠主编,《振动理论及工程应用辅导与习题解答》,机械工业出版社,2016年。

(4)刘习军、贾启芬主编,《工程振动理论与测试技术》,高等教育出版社,2014年。