工程振动测试技术
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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

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

      实验  振动测试系统(实验设备)的展示

 

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

      实验  振动传感器的安装

 

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

      实验  振动传感器校准实验

 

第五章 数字信号分析(-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  泄漏现象

      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

      实验  车辆—桥梁耦合系统动态应变及冲击系数测试实验

 

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

      实验  虚拟仪器的应用及编制

 

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)

      实验  编钟的振动特性测试

      实验  车辆-桥梁耦合系统模态分析实验

 

第八章 数字信号分析(-小波分析

      8.1  傅里叶变换的特点及扩展

      8.2  小波变换

      8.3  小波变换的基本计算步骤

      8.4  连续小波变换的例题

      8.5  正交小波的快速算法

      8.6  小波变换(快速算法)例题

      8.7  小波包变换

      8.8  小波包变换的例题

      8.9  小波分析的工程应用

      实验  高阶振动基本参数测试

 

第九章 基本振动参数常用的测量方法

      9.1  简谐振动频率的测量

      9.2  振动机械系统固有频率的测量

      9.3  简谐振动幅值的测量

      9.4  同频简谐振动相位差的测量

      9.5.1  衰减系数及阻尼系数的测量-自由振动波形法

      9.5.2  衰减系数及阻尼系数的测量-共振频率法和半功率点法

      9.6  模拟平稳信号分析-多频波形的定性分析

      实验  龙洗综合振动实验及重力波实验

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,2004年。