【振动基础】机械振动的概念与振动分类

【振动基础】机械振动的概念与振动分类

1 机械振动的概念

(1)振动：振动泛指物体在某一位置的往复运动。机械或者结构在平衡位置附近微小的来回运动，这种往复运动通常称为机械振动，简称振动。机械振动是一种常见的力学现象，任何物体只要有惯性和弹力，在激励作用下就会发生振动。

(2)系统：在振动理论中，通常将所研究的结构或者机械统称为系统。

(3)激励：外界对系统的作用和机器运动产生的力成为激励或输入。

(4)响应：机械和结构在激励作用下 的振动成为响应或输出。

机械振动中三个基本问题：

第一类：已知激励和系统，求响应；

第二类：已知激励和响应，求系统；

第三类：已知系统和响应，求激励。

2 振动的分类

1）自由振动和受迫振动

      系统受到一个初始扰动之后产生振动，后续振动过程中不继续施加激励，系统不受外力作用，这种振动为自由振动。其特点为系统在振动过程中外界能量不会继续输入，若系统在自由振动过程中没有能量的额损耗，则系统会持续振动下去。

       系统在外力作用下的振动为受迫振动。这种外力可以是周期性的也可以是非周期性的。常见机器在正常运转过程中产生的振动就是一种受迫振动，此时的外力是周期性的。若输入的外力与机械的固有频率相同，则机械会产生共振，此时机械的振动幅度会相当巨大，会导致设备的损坏等影响。

2）无阻尼振动和阻尼振动

以前学习的摩擦力时，运行的理想状态所是“光滑”，而现实生活中，“光滑”是很难实现的。同理，在振动理论中，存在一种类似这种与“光滑”相对应的概念，阻尼，阻尼为消耗能量的机制和装置。如果系统振动过程中没有阻尼作用（无能量的消耗），称为无阻尼振动；反之则为有阻尼振动。工程实际中往往总是有阻尼的存在，阻尼对共振取得振动影响非常重要，对远离共振区的振动影响比较小。

3）线性振动与非线性振动

       若系统所含有的元件，例如弹簧，质量，阻尼等遵循线性规律，那么这个系统是线性系统，线性系统的振动则称之为线性振动。若系统元件只要含有不遵循线性规律变化的元件，则此系统称之为非线性系统，其振动则称之为非线性振动。对于线性系统，系统可以满足叠加原理，这为系统运动方程的求解提供了便利。对于非线性系统的求解相比线性系统会较为困难，非线性的振动会表现出线性振动所不具备的性质。

4）确定性振动和随机振动

       如果作用于系统的激励和所研究的振动系统都是确定的，那么该系统在确定性激励下的振动也是确定性的，就是确定性振动。

如果作用于系统的激励是不确定的，这些激励则为随机激励，在这类激励下的振动为随机振动。例如，现在大型港机处于海边工作时，受到的风载激励是随机的，大多数环境激励是随机激励，港机所引起的振动则为随机振动。风载，海浪等环境激励随时间变化无法确定，但是会服从一定的统计规律。我们可以研究这信号的统计量特征，得到这些信号的一定的规律。