工程振動試驗分析（第2版）

《工程振動試驗分析（第2版）》是2015年清華大學出版社出版的圖書，作者是陸秋海、李德葆。

內容簡介

本書系統介紹了機械及工程結構的振動試驗分析理論和測量技術。全書共12章。第1～5章闡述有關振動測量的基本概念、信號適調和數據採集、感測器技術及常規測量方法；第6、7章介紹振動信號的處理和分析基本理論、隨機振動的基本概念和信號分析，增加了拉氏變換與Z變換的比較及隨機減量法的內容；第8、9章著重介紹頻響分析和模態分析的物理概念和最基本的模態分析方法，並專題介紹了應變模態理論；第10、11章主要闡述振動和衝擊隔離理論與方法、機械故障信號分析和運行監測；第12章介紹結構振動試驗的模型理論，並專題介紹了模型模態分析的相似理論。全書由淺入深，著重基本概念和實驗技術的介紹，系統引入了現代振動實驗和分析技術，所引圖表和公式均充分考慮了工程可套用性。

本書可作為力學、航天航空、機械、精密儀器、汽車、動力、土木、工程物理等專業的高年級本科生和研究生的教材或參考用書，也可供從事相關研究和套用的廣大科研和工程技術人員學習與參考。

前言

本書第1版自2004年問世以來，受到廣大讀者的歡迎，期間多次重印，使我們有機會在2011年第3次重印前對書中的錯誤和不足進行較系統的修訂。雖然如此，作者仍時常感到本書的內容難以完全滿足現行教學和技術普及發展的需求，因此，在讀者和出版社的鼓勵下，我們對原書進行適當的修改，以適應現行教學和技術發展的新趨勢。

在第2版中，我們更加注重工程觀念和標準化的貫徹，增加了一些常見感測器的指標、材料和結構物性參數表、製造商信息和國家標準等內容，以方便讀者對工程套用有基本的了解。對更進一步的內容，文中在適當的地方標出相應的參考書，以方便讀者獲得更詳細的信息。全書的名詞術語也都儘可能根據國家標準的規定統一。同時，為方便讀者進一步閱讀英文文獻，也方便國際留學生理解中文講授的內容，本書給出了重要名詞術語的英文翻譯。為方便讀者閱讀的檢索，還編制了本書重要名詞術語漢英對照及索引。

為幫助讀者進一步理解本書的基本內容和概念，各章都編制了相應的複習思考題。

本版注重相關科學家的介紹，在不同章節對書中涉及的部分科學家進行簡要介紹，讓讀者能方便了解相關技術的開創者，了解科技發展的歷史，增加學習的趣味性。

作者2015年3月

目錄

第1章振動測試概論1

11振動測試的一般意義1

12振動系統的力學模型和振動參數2

13簡諧振動的表示方法6

14周期振動的峰值、有效值和平均值9

15周期振動的頻譜表示法12

16振動測量方法13

17振動感測器的原理及分類15

18振動測量的若干術語17

19振動測量儀器的主要性能指標18

110對數標尺與分貝表示法23

111機械振動、衝擊與狀態監測標準27

習題32

第2章振動信號感測器34

21慣性式感測器的力學原理34

22位移計型慣性式拾振器的構成特點36

23動圈型磁電式速度拾振器38

24加速度計的構成特點41

25壓電式加速度計及其套用問題44

26伺服式加速度感測器57

27關於周期信號測量中波形畸變的討論61

28振動感測器的標定64

29電渦流感測器69

210電容位移和加速度感測器75

211壓阻式加速度計78

212其他常用感測器和測量方法81

習題84

工程振動試驗分析(第2版)目錄

第3章若干現代感測器介紹85

31薄膜格線式壓力感測器85

32智慧型感測器88

33光學干涉法測量簡諧振動位移90

34雷射都卜勒外差干涉法測量位移、角度和速度92

35光纖陀螺97

36光纖加速度感測器99

37無線感測器及無線測試技術概述100

習題105

第4章信號適調與數據採集106

41多路復用技術107

42通用放大109

43隔離118

44模數轉換120

習題126

第5章機械振動的運動量和動特性參數的常用測量方法127

51概述127

52簡諧振動頻率的測量128

53兩個同頻簡諧振動相位差的測量132

54振動系統固有頻率的測量137

55衰減係數及相對阻尼係數的測量147

56質量或剛度的測量153

57周期振動總振級的測量155

58周期振動的頻譜分析156

習題162

第6章振動信號的處理和分析(基本理論)163

61信號的分類163

62傅立葉變換164

63抽樣信號的傅立葉變換174

64離散傅立葉變換176

65數位訊號分析中的抗混濾波和加窗182

66快速傅立葉變換188

67選帶傅立葉分析190

68功率譜與功率譜密度分析193

69線性系統的輸入與輸出關係195

610拉普拉斯變換與Z變換197

習題201

第7章隨機振動的基本概念和信號分析203

71隨機振動的統計特性205

72相關分析215

73功率譜密度分析219

74隨機減量法229

習題232

第8章機械阻抗法與頻響分析233

81振動系統機械阻抗和導納的概念234

82單自由度系統的頻響特性和導納曲線242

83單自由度約束系統導納的五種曲線及其特點248

84五種類型的導納曲線的比較253

85具有結構阻尼的情況256

86導納曲線分析法原理260

習題265

第9章多自由度系統模態分析與試驗266

91多自由系統回響的模態疊加法266

92振動系統的物理模型和模態模型間的轉換268

93頻響函式269

94頻響函式的圖像272

95頻響函式的留數表示法277

96復模態問題281

97模態試驗準備及試驗設計282

98模態試驗常用激勵方法287

99單點寬頻帶激振條件下結構系統頻響函式的估計292

910頻域模態參數識別——單模態識別法297

911模態振型標準化304

912頻域模態參數識別——多模態識別法306

913應變模態分析及參數識別309

習題313

第10章振動和衝擊控制的基本概念和方法316

101振源的隔離（主動隔振）316

102被動隔振（設備隔振）321

103振動隔離設計322

104衝擊隔離324

105動力消振器333

106阻尼處理340

習題344

第11章機械故障信號的測量分析和運行監測346

111故障信號測量中通常應考慮的問題346

112信號調製現象及邊頻分析350

113倒頻譜分析353

114旋轉機械的故障信號分析357

115齒輪箱故障信號分析361

116工業機械的運行監測和故障診斷365

習題371

第12章振動結構的模型理論372

121引言372

122量綱分析373

123模型理論381

124實驗模態分析中的模型律389

125關於畸變模型及模型試驗中的若干其他問題397

習題400

索引401

參考文獻408

第1章振動測試概論1

11振動測試的一般意義1

12振動系統的力學模型和振動參數2

13簡諧振動的表示方法6

14周期振動的峰值、有效值和平均值9

15周期振動的頻譜表示法12

16振動測量的若干術語13

17振動測量儀器的主要性能指標15

18對數標尺與分貝表示法19

第2章振動信號感測器24

21慣性式感測器的力學原理24

22位移計型慣性式拾振器的構成特點26

23動圈型磁電式速度拾振器28

24加速度計的構成特點30

25壓電式加速度計及其套用問題33

26伺服式加速度感測器44

27關於周期信號測量中波形畸變的討論48

28振動感測器的標定51

29電渦流感測器56

210其他常用感測器和測量方法62

第3章若干現代感測器介紹66

31薄膜格線式壓力感測器66

32智慧型感測器（SmartSensor）69

33光學干涉法測量簡諧振動位移71

34雷射都卜勒外差干涉法測量位移、角度和速度73

35光纖陀螺78

36光纖加速度感測器80

工程振動試驗分析目錄第4章信號適調與數據採集82

41多路復用技術（Multiplexing）83

42通用放大（GeneralAmplification）85

43隔離（Isolation）94

44模數轉換(AnalogtoDigitalConverters)97

第5章機械振動的運動量和動特性參數的常用測量方法103

51概述103

52簡諧振動頻率的測量104

53兩個同頻簡諧振動相位差的測量108

54振動系統固有頻率的測量113

55衰減係數及相對阻尼係數的測量123

56質量或剛度的測量130

57周期振動總振級的測量132

58周期振動的頻譜分析133

第6章振動信號的處理和分析（基本理論）139

61信號的分類139

62傅立葉變換140

63離散傅氏變換149

64快速傅氏變換159

65選帶傅氏分析（ZOOMFFT）161

66功率譜與功率譜密度分析163

67線性系統的輸入與輸出關係166

68拉普拉斯變換與Z變換168

第7章隨機振動的基本概念和信號分析173

71隨機振動的統計特性175

72相關分析185

73功率譜密度分析190

74隨機減量法（RandomDecrementTechnique）200

第8章機械阻抗法與頻響分析205

81振動系統機械阻抗和導納的概念206

82單自由度系統的頻響特性和導納曲線214

83單自由度約束系統導納的五種曲線及其特點222

84五種類型的導納曲線的比較227

85具有結構阻尼的情況230

86導納曲線分析法原理234

第9章多自由度系統模態分析與試驗240

91多自由系統回響的模態迭加法240

92振動系統的物理模型和模態模型間的轉換242

93頻響函式243

94頻響函式的圖像246

95頻響函式的留數表示法251

96復模態問題255

97模態試驗準備及試驗設計256

98模態試驗常用激勵方法261

99單點寬頻帶激振條件下結構系統頻響函式的估計266

910頻域模態參數識別——單模態識別法271

911模態振型標準化279

912頻域模態參數識別——多模態識別法281

913應變模態分析及參數識別283

第10章振動和衝擊控制的基本概念和方法289

101振源的隔離（主動隔振）289

102被動隔振（設備隔振）294

103振動隔離設計295

104衝擊隔離297

105動力消振器307

106阻尼處理314

第11章機械故障信號的測量分析和運行監測319

111故障信號測量中通常應考慮的問題319

112信號調製現象及邊頻分析323

113倒頻譜分析327

114旋轉機械的故障信號分析331

115齒輪箱故障信號分析336

116工業機械的運行監測和故障診斷339

第12章振動結構的模型理論346

121引言346

122量綱分析347

123模型理論356

124實驗模態分析中的模型律364

125關於畸變模型及模型試驗中的若干其他問題372

主要參考文獻376