声振模态分析与控制 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[日] 长松昭男，[日] 萩原一郎，[日] 吉村卓也，[日] 梶原逸朗，[日] 雉本信哉 著，于学华 译

图书标签:

• 声振动
• 模态分析
• 结构动力学
• 振动控制
• 噪声控制
• 有限元分析
• 机械工程
• 信号处理
• 实验模态分析
• 工程应用

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030417398

版次：1

商品编码：12278045

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-08-01

用纸：胶版纸

页数：200

字数：272000

正文语种：中文

内容简介

　　首先介绍了振动力学、声学和模态特性识别的基础知识；然后以汽车研发为例对声振耦合技术进行了系统论述与实例分析，并融合了日本声振耦合领域经典的研究成果；最后对振动控制、声学控制要点进行了系统论述。《声振模态分析与控制》日文版是日本学术界一部经典著作。

作者简介

　　于学华，1964年7月生，工学博士，盐城工学院汽车工程学院教授，东京工业大学客座研究员。现任盐城工学院汽车工程学院副院长和江苏沿海新能源汽车研究院常务副院长，日本自动车学会会员，日本学术振兴会海外研究员，中国声学学会理事。
　　主要研究方向：折纸先进技术、车辆系统动力学、汽车噪声与振动控制技术（汽车NVH技术）。主持省部级科研项目20余项；“****新能源汽车NVH技术和折纸工学”获2010年度日本东京工业大学中日科技合作贡献奖，“电动汽车白车身轻量化技术及应用”获2013年中国机械工业科学技术奖二等奖，“高端智能并联汽车喷涂机器人”获2013年江苏省人民政府科技进步奖三等奖；在国内外学术会议与核心期刊发表论文40余篇，发明专利2项，出版专著1部。

内页插图

目录

译者前言
原书前言
第1章 绪论
1．1 为什么要研究振动和声学
1．2 为什么要研究模态分析
1．3 为什么要研究控制

第2章 振动力学
2．1 单自由度系统
2．1．1 为什么会产生振动
2．1．2 阻尼的作用
2．1．3 强迫振动
2．1．4 频率响应函数
2．2 多自由度系统
2．2．1 两自由度系统
2．2．2 固有振动频率及固有模态
2．2．3 固有模态的正交性
2．2．4 模态坐标
2．2．5 比例黏性阻尼系统
2．2．6 一般黏性阻尼系统
2．2．7 频率响应函数
参考文献

第3章 声学
3．1 引言
3．2 声学基础
3．2．1 声波
3．2．2 声波的波动方程式
3．2．3 声源
3．3 声音的传播
3．3．1 声功率及声强
3．3．2 辐射阻抗
3．3．3 声音强弱的评价
3．3．4 声功率级及指向性增益
3．3．5 声阻抗
3．3．6 声波的衰减（吸收）
3．3．7 声波的反射、透射
3．3．8 声波的折射、衍射
3．3．9 气柱振动 声管及射声器
3．4 声测量
3．4．1 声压的测量
3．4．2 声级计
3．4．3 声强的测量
3．4．4 声功率的测量
3．4．5 频率分析仪器
3．5 隔声理论与设计
3．5．1 穿透墙壁损耗
3．5．2 单层墙壁的隔声相关的质量定律
3．5．3 双层墙壁的隔声
3．6 吸声理论与设计
3．6．1 吸声机构原理
3．6．2 吸声系数
3．7 听觉与声音
3．7．1 耳朵的构造及功能
3．7．2 发声机构
参考文献

第4章 模态特性识别
4．1 引言
4．2 模态特性识别法的分类
4．2．1 识别法的分类
4．2．2 频率响应函数的公式化
4．2．3 单位脉冲响应函数的公式化
4．3 单自由度法
4．3．1 伯德图的使用方法
4．3．2 圆曲线拟合
4．4 多自由度法
4．4．1 微分迭代法
4．4．2 线性直接法
4．4．3 正交多项式法
4．4．4 普罗尼法
4．5 多点参照法
4．5．1 多点参照法理论
4．5．2 多点偏分法
4．5．3 直接参数识别法
参考文献
附录 最小平方法

第5章 声振耦合分析
5．1 引言
5．2 构造一声场耦合系统的数理表现
5．2．1 麦克尼尔等的方法
5．2．2 蔌原等的方法
5．3 耦合系统中模态重合法的表现
5．3．1 模态位移法
5．3．2 模态加速度法
5．3．3 Hansteen等的方法
5．3．4 马一蔌原的模态重合法
5．3．5 误差分析
5．4 耦合系统中的直接频率响应分析及其灵敏度分析
5．4．1 以往的直接频率响应分析
5．4．2 直接频率响应分析的迭代法
5．4．3 直接频率响应的灵敏度
5．4．4 运用特征模态进行计算
5．4．5 应用举例
5．5 耦合系统的特征值与固有模态灵敏度分析
5．5．1 福克斯等的模态法
5．5．2 纳尔逊法
5．5．3 BP．wang的改善模态法
5．5．4 马一蔌原的模态法
5．5．5 误差分析
5．5．6 应用举例
5．6 耦合系统的模态频率响应灵敏度分析
5．6．1 特征对的灵敏度方法
5．6．2 频率响应公式的直接微分法
5．6．3 声压水平积分及声压水平灵敏度积分的公式化
5．6．4 应用举例
5．7 耦合系统的部分构造合成法
5．7．1 部分构造合成法的公式
5．7．2 数值分析举例
5．8 小结
参考文献

第6章 振动控制
6．1 引言
6．2 振动控制的背景和设计概念
6．3 构造系统的模型化
6．3．1 状态方程式的表达
6．3．2 机械系统的状态方程式
6．3．3 模型的低量级化
6．3．4 通过系统识别进行实验的模型化
6．4 系统构造
6．4．1 可控制性
6．4．2 可观测性
6．4．3 振动模态及可控、可观测性
6．5最优控制
6．5．1 最优调节器
6．5．2 H∞控制
6．5．3 其他方法
6．6 振动控制系统的设计举例
6．6．1 基于最优调节器的振动控制
6．6．2 H∞理论的振动控制
参考文献

第7章 声控制
7．1 引言
7．2 主动声控制的概念
7．2．1 声波干扰
7．2．2 对象频率范围
7．2．3 前馈控制与适应控制
7．3 数字信号处理
7．3．1 数字滤波器
7．3．2 FIR滤波器
7．3．3 FIR滤波器的特征
7．4 自适应运算法则
7．4．1 自适应FIR滤波器
7．4．2 最优梯度法
7．4．3 LMS运算法则
7．4．4 已筛选XLMs运算法则
7．4．5 LMS运算法则的模拟
7．5 实际应用中的问题
7．5．1 因果性
7．5．2 相干性
7．5．3 振鸣
7．5．4 滤波器长和采样间隔
参考文献
附录 主动声控制中的最优滤波器

前言/序言

　　随着人类社会步人工业化时代，噪声与振动技术研究的重要性日益凸显。近年来，国内外学界相关研究成果大量涌现，本书日文版就是其中颇具代表性的研究成果之一。
　　该书是东京工业大学畏松昭男教授和萩原一郎教授等学者共同撰写的一部学术著作，在日本一直作为工科大学机械、汽车工程方向本科生（研究生）教学和工程技术人员培训的教材。译者于2009年在东京工业大学做访问学者时结识了萩原一郎教授，在萩原教授的推荐和影响下，译者研读了该书，并萌生了翻译的想法，希望能够为我国机械、汽车行业的工程技术人员以及机械、车辆工程专业的学生提供一部有思想、有价值并且贴近工程实际的参考书。
　　译者在翻译过程中力求忠实于原著，原汁原味地向读者展现日本学者的独到见解。但由于译者水平有限，难免存在一些不妥之处，诚望广大读者批评指正。
　　本书由盐城工学院汽车工程学院于学华教授翻译，上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室蒋伟康教授、饶柱石教授审校。在翻译过程中，还得到了许多专家与同行的鼓励和帮助。
　　诚挚感谢东京工业大学畏松昭男教授和萩原一郎教授，同济大学汽车学院余卓平教授和张立军教授，盐城工学院姚冠新教授、王保林教授、邵荣教授、宋长春教授、王资生教授、王路明教授和朱龙英教授的大力支持。此外，盐城工学院外国语学院钱露露老师在翻译过程中也给予了热心帮助。在此一并表示感谢！

《结构动力学基础与应用：振动控制前沿探析》 本书简介 本书旨在为结构工程、机械工程、土木工程等领域的专业人士和高年级本科生、研究生提供一套全面而深入的结构动力学理论基础及其在现代工程实践中应用的知识体系。全书内容组织严谨，逻辑清晰，从基础概念的引入到前沿技术的探讨，力求实现理论深度与工程实用性的有机结合。 第一部分：结构动力学基本理论 本部分系统梳理了结构动力学分析所必需的数学和物理基础。 第一章：离散系统的自由振动分析 本章从最基本的单自由度系统（SDOF）出发，详细阐述了自由振动的概念、运动方程的建立及其求解方法，包括特征方程的推导和固有频率、阻尼比的确定。随后，将讨论推广至多自由度系统（MDOF），重点介绍系统的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵的构建。通过对特征值问题的深入分析，讲解了主坐标变换、模态叠加法的基本原理，使读者对结构的自振特性有一个清晰、量化的认识。内容涵盖了亚克力阻尼器对系统响应的影响，以及模态正交性的重要意义。 第二章：外部激励下的强迫振动与瞬态响应 本章聚焦于系统在外部载荷作用下的响应分析。首先，详细讨论了简谐荷载作用下的稳态响应，包括共振现象的机理、峰值响应的预测以及频率响应函数的构建。其次，深入探究了瞬态响应问题，如脉冲激励和阶跃激励对系统的影响。本章特别引入了卷积积分法（Duhamel积分）在求解任意时间历程激励响应中的应用，并结合实例演示了如何利用模态分析的结果来快速求解复杂载荷下的结构响应。对非线性阻尼系统和时间步进法的基本思想也进行了初步介绍。 第三章：连续系统的动力学理论 本部分将分析重点从离散化系统扩展到实际工程中的梁、板等连续体结构。本章首先回顾了欧拉-伯努利梁和蒂莫申科梁的挠度微分方程。通过分离变量法，推导了连续体结构的无阻尼自由振动方程，并求解了边界条件下的本征值问题，得到了连续系统的固有频率和振型。对于二维问题，如薄板的动力学分析，也给出了瑞利-里兹法的基本思路，强调了模态基函数在近似求解中的作用。 第二部分：工程结构中的振动特性与评估 本部分将理论知识应用于实际工程场景，探讨如何获取、识别和评估结构的振动特性。 第四章：实验模态分析原理 本章详细介绍了实验模态分析（EMA）的核心技术。从传感器（加速度计、力锤、激光测振仪）的选择与布置，到数据采集系统的要求，都进行了详尽的阐述。重点讲解了频响函数（FRF）的测量和数据处理技术，包括窗口函数、谱线平均等。在模态参数识别方面，深入剖析了频域法（如峰值法、半功率点法）和时域法（如自相关函数法）的优缺点，并详细介绍了最小二乘复指数法（LSCE）和频域分解法（FDD）的算法流程和应用实例，旨在指导工程师准确地从实验数据中提取结构的动力特性参数。 第五章：结构健康监测中的振动响应分析 本章将动力学理论与现代监测技术相结合。探讨了在地震、风荷载、交通荷载等环境下，结构动态响应的长期监测策略。内容涵盖了基于振动数据的损伤识别的理论基础，例如基于模态参数变化率的损伤指标、模态形状曲率法等。同时，介绍了压电传感器（PZT）在结构中作为激励源或传感器的应用，以及如何在复杂的现场环境中实现对结构动态行为的实时或准实时评估。 第三部分：现代振动控制方法 本部分是全书的重点之一，系统介绍了主动、被动和半主动减振控制策略，着眼于工程结构的抗震、抗风及抑振设计。 第六章：被动减振技术：阻尼与隔振 本章首先回顾了线性黏性阻尼器的建模与应用，并将其与非线性阻尼器（如摩擦阻尼器、磁流变阻尼器）进行对比。重点讲解了粘弹性阻尼器（VED）和金属屈服阻尼器在振动能量耗散中的效率分析。在隔振方面，详细分析了隔振器（如橡胶隔振器、铅芯橡胶隔振器）的动力学特性，包括其刚度与阻尼的频率依赖性，以及如何通过动力刚度概念来设计隔振系统的隔离效率，特别是在低频激励下的性能优化。 第七章：主动振动控制（AVC）理论 本章系统介绍了主动控制理论在结构减振中的应用。从经典控制理论出发，详细推导了状态空间方程，并引入了最优控制理论的核心——LQR（线性二次调节器）控制器。重点讲解了反馈控制器的设计，包括状态观测器（如卡尔曼滤波）在实际应用中获取全部状态信息的重要性。随后，深入探讨了基于力学补偿原理的主动质量阻尼器（AMD）和主动桁架阻尼器的设计与控制算法，分析了其对结构模态的抑制效果。 第八章：半主动和智能减振控制 本章聚焦于当前研究热点——半主动控制技术。详细介绍了磁流变（MR）阻尼器和电磁（ER）阻尼器的机理、本构模型及其在结构减振中的应用。重点分析了半主动控制策略，如最优H_2控制、Skyhook和Groundhook控制算法，并探讨了如何通过实时改变阻尼器的有效刚度和阻尼系数，在不消耗巨大能量的前提下，实现对结构响应的有效抑制。本章还对智能材料（如形状记忆合金SMA）在结构控制中的潜力进行了展望。 第九章：多输入多输出（MIMO）控制与鲁棒性 对于大型、复杂的结构系统，单输入单输出（SISO）控制往往难以满足要求。本章探讨了MIMO控制系统的设计方法，如基于动态面或滑模控制的策略。特别强调了控制系统的鲁棒性设计，包括在结构参数不确定性或外部载荷模型误差情况下，如何保证控制效果的稳定性，引入了$mathcal{H}_{infty}$控制的基本思想在结构减振中的应用。 总结与展望 本书的编写力求深入浅出，既有严格的理论推导，又有大量的工程算例支撑。它不仅是结构动力学理论学习的有力工具，更是指导工程师进行先进振动控制系统设计与评估的实用参考手册。全书内容覆盖了结构动力学分析、模态识别、被动/主动/半主动控制的完整技术链条，旨在培养读者运用现代动力学知识解决复杂工程问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题唤起了我对工程设计和物理学之间微妙联系的思考。我一直觉得，一个优秀的产品，其内在的结构设计和材料选择，直接决定了它的性能表现，而“声振”正是这些性能中最直观也最容易被感知的方面之一。我期待这本书能够成为一本“桥梁”，连接抽象的理论概念和具体的工程实践。比如说，在分析一个机械设备时，我们不仅要考虑它的功能性，还要考虑它在运行时产生的噪音和振动是否符合设计要求，甚至是否会对使用者造成不适。这本书的“模态分析”部分，很可能就是帮助我们理解和预测这些振动特性的关键工具。而“控制”部分，则提供了解决这些问题的策略和方法。我希望书中能有丰富的图示和表格，能够清晰地展示不同设计参数对声振特性的影响，以及各种控制手段的有效性。对工程师来说，这样一本能够指导实际设计决策的书籍，其价值是不可估量的。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对声学工程略有涉猎的工程师，我最近一直在寻找一本能够系统性地梳理“声振模态分析”及其“控制”策略的权威著作。在众多选择中，这本书的标题立刻引起了我的注意，它精准地击中了我的知识盲区和职业需求。我非常看重书籍在理论深度和工程实践之间的平衡，希望它不仅能提供扎实的理论基础，更能给出切实可行的解决方案。比如，在模态分析部分，我期待能够深入了解各种分析方法的原理、优缺点以及适用场景，特别是如何通过实验模态分析来验证数值模拟结果。而在控制部分，我则希望看到关于主动噪声控制、被动隔振以及结构动力学优化等方面的详细介绍，并且最好能结合一些典型的工程案例，例如航空航天、汽车工程或工业机械设备等领域。如果有关于新型控制算法或者智能材料在声振控制中的应用，那就更完美了。总之，我期望这本书能够成为我职业生涯中的一本重要参考书，帮助我解决实际工作中遇到的难题，并激发新的技术创新。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名本身就充满了科技感和专业性，让我联想到那些在高科技领域默默工作的工程师和科学家们。我是一个对声音和振动现象充满好奇心的人，总觉得大自然中隐藏着无数值得探索的奥秘。当我看到“声振模态分析与控制”这个标题时，我立刻想到那些美妙的音乐，那些悦耳的乐器声，它们是如何产生的？又是什么让它们如此独特？同样，我也想到那些令人讨厌的噪音，比如工业设备的轰鸣声，车辆的颠簸感，它们是否也有其内在的“模态”和“振动”规律，而这些规律又是否能够被“控制”？我希望这本书能够以一种深入浅出的方式，为我揭示这些现象背后的科学原理。我期待着它能带领我走进一个全新的世界，让我理解声音和振动的本质，学习如何分析和操控它们，从而创造更美好的听觉体验，或者解决现实生活中的振动问题。我对书中可能包含的实验方法和仿真技术也充满兴趣，希望能从中学习到一些实用的技巧。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当吸引人，深邃的蓝色背景搭配流动的声波图形，一下子就抓住了我的眼球。拿到手后，它的纸质也让我感到惊喜，那种略带磨砂感的触感，配合着清晰的印刷字体，阅读体验绝对是高级的。翻开目录，我被其中涉及的领域深深吸引，虽然我不是这个专业领域的研究者，但“模态分析”这个词本身就充满了科学的神秘感，而“声振”更是将物理世界中的声音和振动巧妙地联系在一起，引发了我强烈的好奇心。我脑海中浮现出那些精密的仪器，那些在实验室里发出的奇妙声音，以及它们背后隐藏的深刻物理原理。我对书中的案例分析部分尤为期待，希望它能用生动形象的方式，将抽象的理论转化为我能理解的实际应用，比如，建筑物的抗震设计，或者乐器发声的原理，甚至是汽车发动机的噪声控制，这些都让我觉得非常有趣。我也希望这本书的语言不会过于晦涩难懂，能够照顾到一些非专业读者，让我能从中获得启发，拓宽视野。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的印象是，它可能是一本非常严谨且具有高度学术价值的著作。从“模态分析”和“控制”这两个词汇的组合来看，它很可能涵盖了从理论推导到工程应用的完整链条。我尤其关注那些能够解释复杂系统行为的理论框架，比如如何利用数学模型来描述和预测一个物体在受到声波或机械力作用时的振动模式。而“控制”部分，则意味着这本书不仅仅是停留在理论层面，而是会深入探讨如何通过各种手段来改变或消除不必要的振动，这对于提高产品性能、延长设备寿命、甚至保障人身安全都具有至关重要的意义。我希望书中能够包含一些前沿的研究成果和最新的技术进展，例如关于机器学习在声振模态分析中的应用，或者新型减振材料的研发动态。如果能有详细的数学公式和严谨的证明过程，那就更能满足我作为一名严谨学者的阅读需求，让我能够深入理解其精髓。