机械振动(第5版）_[美] 辛格雷苏·S.拉奥(Singiresu S. Rao)著李欣业杨理诚译_9787302440581

本书可作为工程力学、机械工程、车辆工程、动力工程、航空航天工程等专业本科生或研究生的教材使用，亦可供相关专业的工程技术人员参考。

前言本版的变化本书是为本科大学生准备的一本关于振动工程课程的入门读物。来自读者对《机械振动》第4版的肯定和赞许一直鼓励着作者为大家呈现本书的第5版。本版依然保持了前几版的风格，比如在振动理论、计算与应用方面的介绍都是以尽可能简单的方式给出的，并强调分析中所涉及的计算技术。此外，还对一些基本概念和原理作出了进一步的说明，以便加强对物理含义和概念的理解，这些都有赖于在本科生阶段学习力学所积累的经验。所选的大量的例题和习题都是为了说明一些重要的原理和概念。在这一版中，对某些题目进行了修改和重写，并增加了一些新的题目。此外，还引入了一些新的特色。而这些新增加或修正的内容大多数都是由这本书的使用者和评论者提出的。一些重要的变化体现在以下几个方面：(1) 在每一章的开头，给出了导读和学习目标。(2) 在每一章的结尾，给出了本章小结。(3) 为了扩大覆盖的范围以及更加清晰的表述，对部分题目进行了改写。这些题目包括振动系统的基本组成弹簧元件、阻尼元件和质量或惯性元件，振动的隔离和振动的主动控制。(4) 详细地论述了许多新的题目并配以直观的例子，这包括一阶系统的响应和时间常数，特征根和解的图形化显示，参数变化和根轨迹表示法，系统的稳定性，受迫振动问题的传递函数方法，求自由和受迫振动问题解的拉普拉斯变换方法，频率传递函数方法，有阻尼单自由度系统的波特图，阶跃响应，瞬态响应的描述和塑性及弹性冲击。(5) 又新加了128道例题，160道习题，70道思考题和107个插图。(6) 删去了前几版中在每章最后给出的基于C 和Fortran程序的例题和习题。本书的特色机械振动中的每一个题目都自成一章，所有的概念都给出了详尽的解释，所有的推导都给出了全部的细节。全书从始至终都强调计算方面的原理和技巧。每一章中的最后都给出了基于MATLAB的例题和一些通用MATLAB程序。此外，还给出了大量需要利用MATLAB或MATLAB程序求解的习题。在某种程度上，某些题目的介绍可能是以不太方便的方式给出的，尤其是第9～11章。大多数教科书都会在不同的章节讨论隔振器、吸振器和机械的平衡问题。既然研究振动的主要目的之一就是要控制振动响应，所以第9章中的每一个题目都是和振动控制直接相关的。第10章介绍振动测量仪器和激振器、实验模态分析以及设备状态监测。类似地，所有可应用于单自由度和多自由度以及连续系统的数值积分方法构成了第11章的全部内容。本书的特色之处体现在以下几个方面：机械振动（第5版）前言 240多道说明性的例题以配合大多数所讨论的问题。 980多道思考题帮助学生复习和检验他们对教材内容的理解。思考题的形式包括多项选择题、简述题、判断题、连线题和填空题。 每一章所给出的大量习题旨在强调所涉及内容之不同应用。全部习题的数量达到了1150多道。习题解答专门编成了一个教师手册。 在各章的最后，共有30多道设计性题目，它们中的许多解并不是唯一的。 超过25个MATLAB程序以帮助学生理解如何实现教材中讨论的数值方法。 在每一章和附录的起始页，给出约20位对振动理论的发展曾作出过重要贡献的科学家和工程师的传记信息。 书中给出的MATLAB程序、思考题和习题的答案可以在公司的网站上找到： www.prenhall.com/rao。选用本书作为教材的教师可以得到包含全部习题解答和设计性题目的有关提示的题解手册。符号和单位在本书的例题和习题中，同时采用了国际制单位和英制单位。在致谢的后面，不仅给出了符号表，还列出了各种物理量的国际制单位和英制单位。在附录E 中，又给出了国际制单位应用于振动领域时的简要讨论。其中，用黑斜体字母表示列向量，用方括号表示矩阵。材料的组织本书包括14章正文和6个附录，其中第13、14两章是以电子文档的形式提供的，可以在公司的网站下载。阅读本书的读者应该具备静力学、动力学、强度理论以及微分方程方面的基础知识。尽管也期望读者具备矩阵理论和拉普拉斯变换方面的一些背景知识，但还是在附录C和D中分别给出了一个概要。第1章简要地讨论了振动研究的历史和重要性，同时还介绍了对实际系统进行振动分析时如何进行简化以及振动分析的各个步骤。接下来介绍了振动系统的基本组成刚度、阻尼和质量（惯性）以及振动分析中要用到的基本概念和术语。第2章介绍了单自由度无阻尼和黏性阻尼平动系统以及扭振系统的自由振动分析。讨论了特征根和相应解的图形化显示方法、参数变化以及根轨迹表示法。尽管在控制系统中根轨迹法会经常用到，本章还是直观地示意了其在振动分析中的应用。本章还介绍了单自由度系统有库仑阻尼和滞后阻尼时如何求自由振动响应。第3章讨论了单自由度无阻尼和有阻尼系统在简谐激励下的响应。还概要地介绍了力传递率和位移传递率的概念以及它们在实际系统中的应用。第3章还介绍了传递函数方法、受迫振动的拉普拉斯变换解、频率响应以及波特图。第4章涉及的是单自由度系统在一般力函数作用下的响应。在这一章里还通过示例概要地介绍了周期函数傅里叶级数展开的作用、卷积积分、拉普拉斯变换以及数值方法。此外还利用峰值时间、上升时间和镇定时间讨论了弱阻尼系统响应的特性。第5章讨论了两自由度系统的自由振动和受迫振动问题。在这一章里还讨论了自激振动和系统的稳定性问题。还通过示例给出了传递函数方法、无阻尼和有阻尼系统的拉普拉斯变换解。第6章介绍了多自由度系统的振动问题，在理论上使用了矩阵分析方法。针对受迫振动问题的求解，详细地给出了模态分析的全部过程。第7章介绍了求解离散系统固有频率和模态的几种近似方法，包括邓克莱（Dunkerley）法、瑞利（Rayleigh）法、霍尔茨（Holzer）法、雅可比（Jacobi）法和矩阵迭代法。与离散系统运动微分方程的形式是常微分方程不同，连续或分布参数系统的运动微分方程的形式是偏微分方程。第8章讨论连续体的振动，包括弦的振动、杆的振动、轴的振动、梁的振动和薄膜的振动。这一章还介绍了求解与连续系统有关的偏微分方程时用到的分离变量方法。此外，这一章还通过示例介绍了求解连续系统固有频率的近似方法瑞利(Rayleigh)法和瑞利李兹(RayleighRitz)法。第9章讨论了振动控制方面的问题，包括消振问题、隔振问题和吸振问题。本章还给出了振动列线图和振动标准，据此可以判断可以接受的振动强度。这一章还讨论了旋转和往复运动机械的平衡问题以及轴的弓形回转问题。第9章的内容还包括用于控制振动系统响应的主动控制技术。第10章讨论了用于振动响应测量的实验方法，以及振动测量要用到的硬件和信号分析技术。最后介绍了设备运行状态监测和故障诊断技术。第11章讨论了求离散和连续系统动力学响应的几种数值积分方法，包括中心差分法、龙格库塔法(RungeKutta)、侯伯特(Houbolt)法、威尔逊(Wilson)法和纽马克 (Newmark) 法，并给出了示例。第12章结合一维单元介绍了有限单元分析方法，对桁架、受扭杆和梁进行静力和动力分析时分别用到了杆单元、轴单元和梁单元。本章还讨论了进行振动分析时一致质量矩阵和集中质量矩阵的使用问题。非线性振动问题的描述表现为非线性微分方程，非线性振动表现出的某些现象经常是不能用相应的线性问题预测的，甚至是不能提供任何线索。第13章关于非线性振动介绍性的内容包括亚谐振动、超谐振动、极限环、时变系数系统和混沌。第14章讨论的是线性振动系统的随机振动问题，介绍了随机过程、平稳过程、功率谱密度、自相关、宽带和窄带随机过程等概念，并讨论了单自由度和多自由度系统的随机振动响应。附录A和B分别介绍数学关系以及梁和板的变形。附录C、D和E分别介绍矩阵理论基础、拉普拉斯变换和国际制单位。最后，在附录F中介绍了MATLAB程序设计基础。典型的课程提纲本书的素材为不同类型的振动课程提供了一个弹性的选择。第1～5章、第9章和第6章的部分内容构成了本课程的基本内容，对于不同的侧重或定位，可按如下的提示增加额外的章节。 第8章是针对连续或分布参数系统的。 第7和11章是针对数值解的。 第10章是针对实验方法和信号分析的。 第12章是针对有限元分析的。 第13章是针对非线性振动的。 第14章是针对随机振动的。期望的课程效果本书所提供的材料有助于达到工程与技术鉴定委员会（Accreditation Board for Engineering and Technology，ABET）指定的某些培养方案的效果，它们是： 应用数学、科学以及工程方面知识的能力。如本书所呈现的这样，振动课程是利用数学知识（不同形式的方程、矩阵代数、矢量方法和复数）和科学知识（静力学与运动学）求解工程中的振动问题。 对工程问题进行识别、公式化建模和求解的能力。大量的例题、习题和设计性题目都是为了帮助学生识别各种各样的实际振动问题，建立数学模型、分析、求解以及对结果进行正确的解释。 利用工程实践所必需的技术、方法和现代工程工具的能力。在每一章的最后一节都给出了利用MATLAB软件求振动问题解的示例，并在附录F中总结了MATLAB编程的基础知识。利用现代分析技术有限元方法求振动问题的解单独成章（第12章）。有限元方法是工业领域广为人知的对复杂振动系统建模、分析和求解的一种技术。 设计和进行实验以及分析和解释实验数据的能力。本书的第10章为读者呈现的是实验方法和与振动相关的数据分析方面的内容，还讨论了进行振动实验、信号分析和系统参数识别所需的仪器和设备。

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