振动测试理论与实践

本书分为基础理论和振动测试方法与应用两个部分。其中，基础理论部分包括：单自由度振动系统和多自由度振动系统的理论建模，振动系统频率响应函数的建模与求解方法，振动系统的模态表达、模态特性及状态空间模态分析，振动信号分析的典型方法。振动测试方法与应用部分包括：振动传感方法、优选振动测量技术、振动测试仪器系统、实验模态分析与工作模态分析，以及振动测试应用案例。

前言
第一部分 基础理论
第1章 线性离散系统振动理论 3
1.1 单自由度振动系统振动理论 3
1.1.1 线性离散系统的力学模型 3
1.1.2 振动微分方程及其响应 4
1.1.3 振动特性 7
1.1.4 阻尼 10
1.2 多自由度振动系统振动理论 13
1.2.1 振动微分方程及其响应 13
1.2.2 振动特性 17
1.3 本章小结 19
参考文献 19
第2章 线性离散系统的频率响应 20
2.1 频率响应及其变换方法 20
2.1.1 系统传递函数 20
2.1.2 频率响应函数 23
2.1.3 由状态方程求传递函数矩阵 25
2.2 使用机械阻抗表达频率响应 26
2.2.1 机械阻抗的表达 27
2.2.2 阻抗网络互连定律 28
2.3 机械阻抗方法的力/位移传递 30
2.3.1 激励力传递 31
2.3.2 支承位移传递 32
2.4 位移导纳方法 33
2.4.1 位移导纳网络互连定律 33
2.4.2 方法应用 34
2.5 本章小结 37
参考文献 37
第3章 模态分析 38
3.1 系统的模态表达 38
3.1.1 自由度与独立坐标 38
3.1.2 动力学系统参数表达 40
3.1.3 模态振动表达 42
3.2 模态特性 43
3.2.1 模态的正交性 43
3.2.2 静模态与刚体模态 46
3.2.3 模态振动的求解方法 47
3.3 状态空间模态分析 51
3.3.1 二阶动力学系统的状态空间模型 51
3.3.2 状态空间模态求解 52
3.4 本章小结 53
参考文献 53
第4章 典型振动信号分析 54
4.1 时域信号分析 54
4.1.1 振动信号的表示 54
4.1.2 信号幅度的概率密度表征 56
4.1.3 均值与方差 57
4.1.4 均方值与均方根值 57
4.1.5 偏斜度与峭度 58
4.1.6 自相关与互相关 58
4.1.7 时域同步平均 62
4.2 频域信号分析 63
4.2.1 傅里叶积分变换 63
4.2.2 傅里叶级数展开 64
4.2.3 离散傅里叶变换 65
4.2.4 三种傅里叶变换的关系 65
4.3 随机信号分析 66
4.3.1 信号泄漏与窗函数 66
4.3.2 相干与谱密度 67
4.3.3 倒谱 69
4.3.4 包络解调法 72
4.4 本章小结 75
参考文献 75
第二部分 振动测试方法与应用
第5章 振动测量中的运动与力/力矩传感方法 79
5.1 振动传感器的机械接收原理 79
5.1.1 相对式机械接收原理 79
5.1.2 惯性式机械接收原理 80
5.2 运动传感器 85
5.2.1 电磁感应运动传感器 85
5.2.2 电容运动传感器 91
5.2.3 压电加速度传感器 94
5.2.4 压阻加速度传感器 99
5.3 力/力矩传感器 99
5.3.1 应变传感器 100
5.3.2 应变力矩传感器 101
5.3.3 其他类型力矩传感器 102
5.4 振动传感器的典型性能 104
5.5 本章小结 104
参考文献 105
第6章 优选振动测量技术 106
6.1 全息干涉振动测量 106
6.1.1 激光全息干涉基础 106
6.1.2 时间平均全息干涉法与振型测量 107
6.2 激光多普勒振动测量 110
6.2.1 激光多普勒测振原理 110
6.2.2 激光多普勒测振仪光学原理 111
6.2.3 Mach-Zehnder激光多普勒测振仪原理与应用 114
6.3 数字散斑相关全场振动测量 117
6.3.1 3D DIC方法测量振动位移 118
6.3.2 测量应用 121
6.4 基于相位的视频运动放大的振动测量 125
6.4.1 光流运动测量方法 125
6.4.2 基于相位的视频运动放大（PVMM）算法 126
6.4.3 测量应用 128
6.5 本章小结 129
参考文献 129
第7章 振动测试仪器系统 131
7.1 系统互联 131
7.2 放大器 133
7.2.1 电压、电流与功率放大器 133
7.2.2 仪用放大器 135
7.2.3 放大器性能 136
7.3 模拟滤波器 137
7.3.1 低通滤波器 137
7.3.2 高通滤波器 139
7.3.3 带通滤波器 140
7.3.4 带阻滤波器 141
7.4 调幅与解调 142
7.4.1 调幅 142
7.4.2 解调 144
7.5 数模转换与模数转换 144
7.5.1 数模转换（DAC） 144
7.5.2 模数转换（ADC） 147
7.5.3 ADC/DAC主要性能参数 149
7.6 压电加速度测量系统 149
7.6.1 电压放大器 149
7.6.2 电荷放大器 151
7.7 激振设备 152
7.7.1 激振设备性能指标 152
7.7.2 振动台 154
7.7.3 模态激振器与力锤 155
7.8 本章小结 158
参考文献 158
第8章 实验模态分析与工作模态分析 159
8.1 实验模态分析的理论基础 159
8.1.1 模态空间表达的传递函数 159
8.1.2 互易性定理 161
8.1.3 用于模型辨识的其他传递函数与频率响应函数表达 161
8.2 实验模态分析原则 163
8.2.1 有效频率响应数据集的规划与准备 163
8.2.2 提取系统物理参数方法 164
8.3 传递函数的曲线拟合 165
8.3.1 曲线拟合问题描述 165
8.3.2 单自由度曲线拟合方法 166
8.3.3 多自由度曲线拟合方法 169
8.3.4 通用频域估计传递函数 170
8.3.5 留数提取 170
8.4 模态识别技术 170
8.4.1 集总函数 170
8.4.2 多变量模态指示函数 171
8.4.3 复模态指示函数 172
8.4.4 稳态图 173
8.5 工作模态分析 173
8.5.1 工作模态参数识别方法 174
8.5.2 工作模态参数辨识案例 177
8.6 工作振型分析 179
8.6.1 基本原理 179
8.6.2 使用MEscope进行ODS FRF分析 179
8.7 实验模态测试操作要点 180
8.7.1 力锤及锤头配置的选择 180
8.7.2 电磁激振器激励信号及其窗函数的选择 182
8.7.3 提取模态参数的验证方法 183
8.7.4 激振器的设置与安装 184
8.8 本章小结 187
参考文献 187
第9章 振动测试应用案例 188
9.1 扶手梯驱动电机振动测试 188
9.1.1 问题描述与测试规划 188
9.1.2 测试结果与分析 189
9.2 直升机尾传动轴振动测试 193
9.2.1 问题描述与测试规划 193
9.2.2 振动信号分析 194
9.3 锤激励的实验模态分析与工作模态分析 197
9.3.1 测试规划 197
9.3.2 实验模态分析与工作模态分析 198
9.4 激振器激励的实验模态分析 205
9.4.1 测试规划 205
9.4.2 测试结果与分析 206
9.5 柔顺纳米定位平台的频率响应测量与系统辨识 208
9.5.1 测试规划 208
9.5.2 测试结果与分析 210
9.6 本章小结 211
参考文献 212
彩图