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《趣味振动力学》序言及目录

已有 1354 次阅读 2020-10-13 14:32 |系统分类:科普集锦

                                                    《趣味振动力学序言

振动可能是自然界中最普遍的运动形式。大海的波涛起伏、钟摆的摆动、机器的轰鸣、心脏的跳动,小到微观世界中电子围绕原子核的运动,大到太空中地球和其它行星围绕太阳的运动都是各种形式的振动现象。在工程技术中,振动不仅是降低机械加工精度,导致结构物损坏的消极因素,也是执行传输、筛选、粉碎、压实等任务的有效方法。振动也是物理学中电学、光学和热学的理论基础。电系统的振动与通讯、广播、电视、雷达等工作密切相关。不仅在机械制造、飞机和船舶制造以及土木水利结构等与机械运动相关的传统工业部门,而且在电子信息等新兴技术部门中,振动都是重要的研究课题。

振动力学是动力学的一个分支,它研究振动现象的普遍性原理和各种特殊类型的振动。振动力学也是理工科大学的一门专业基础课程。各种振动力学教材系统地叙述了振动力学的丰富内容。传统的叙述方式是首先对振动对象建立数学模型,然后利用数学知识,主要是微分方程知识作必要的数学分析,以解释实际发生的振动现象。学习振动力学课程必须具备必要的力学和数学基础知识。

本书的写作目的是以通俗有趣的方式讲述振动力学的各方面内容。既包括线性振动的传统内容,从单自由度振动到多自由度和连续体的振动。也涉及非线性振动,如干摩擦阻尼振动、自激振动、参数振动和混沌振动等内容,以及多频响应、跳跃、颤振、喘振、摆振等非线性现象。在叙述方式上力图避免或减少出现数学公式和数学推导,着重从物理概念上解释振动现象。较多篇幅用于列举实际生活中存在的形形色色振动现象,以及对这些现象的理论解释。在与振动力学理论基础有关的章节中,难以完全避免出现数学公式,但在正文中已减少到最低程度。需要借助数学公式的深入分析,在各章篇末以注释形式给出。读者如具备理工科大学的一般数学知识就能顺利阅读。这部分所占篇幅极小的内容或许对大学生读者群有用,但读者如省略不读也不影响对正文的理解。

本书作为科普读物可供未学习过振动力学课程,希望了解振动力学基本知识的读者阅读。也可供正在学习这门课程的学生和教师参考。作为课外参考书,希望有助于提高学生对振动力学课程的理解和学习兴趣。书中部分插图选自参考文献。陈立群教授对书稿作了详细审阅并提出许多宝贵意见,作者谨表示衷心感谢。

                                                       刘延柱

                        目录

第1章            振动

  1.1  振动及其产生条件

  1.2  我们生活中的振动

  1.3  振动力学的研究内容

第2章            自由振动

  2.1  振子

  2.2  胡克定律

  2.3  简谐振动

  2.4  数学模型

  2.5  相轨迹

  2.6  机械能守恒

  2.7  硬弹簧和软弹簧

 附录:保守系统的相轨迹

第3章            阻尼振动

  3.1  振动的衰减

  3.2  库伦定律

  3.3  黏性阻尼

  3.4  等效黏性阻尼

  3.5  弹性材料的内阻尼

  3.6  有干摩擦的自由振动

  3.7  振动传送

  3.8  干摩擦的杰作

 附录:阻尼自由振动的相轨迹

第4章            摆的故事

  4.1  教堂里的发现

  4.2  摆的实验

  4.3  单摆和复摆

  4.4  天平和杆秤

  4.5  傅科摆

  4.6  舒勒周期

  4.7   摇摆的船舶

 附录1:单摆的周期和相轨迹

 附录2:舒勒周期摆

第5章            摆钟的诞生

  5.1  古人如何计时

  5.2  早期的机械钟

  5.3  用摆计时的关键问题

  5.4  擒纵机构

  5.5  惠更斯钟

  5.6  惠更斯钟的同步现象

 附录:惠更斯摆的等时性

第6章            受迫振动

  6.1  周期性激励和响应

  6.2  简谐激励的受迫振动

  6.3  倍频响应和跳跃现象

  6.4  惯性力激励的受迫振动

  6.5  共振现象

  6.6  振动的隔离

  6.7  非周期性激励

  6.8  随机振动

  6.9  振动的量测

 附录:阻尼受迫振动

第7章            自激振动

  7.1  自激振动现象

  7.2  自激振动的特征

  7.3  摆钟的原理

  7.4  干摩擦激发的振动

  7.5  输电线的舞动

  7.6  管内流体的喘振

  7.7  汽车转向轮的摆振

  7.8  荡秋千和振浪

  7.9  张弛振动

 附录: 摆钟的相轨迹

第8章            多自由度振动

  8.1  多自由度系统

  8.2  振动的合成

  8.3  汽车的振动

  8.4  弹簧耦合的双摆

  8.5  动力吸振器

  8.6  串联的双摆

  8.7  船舶稳定器

  8.8  游离的振动系统

 附录:二自由度系统的振动

第9章            连续体的振动

  9.1  的振动

  9.2  梁的弯曲振动

  9.3  轴的扭转振动

  9.4  参数振动

  9.5  飞机机翼的颤振

  9.6  杆系结构的振动

  9.7  膜和板的振动

  9.8  转经碗和半球陀螺仪

  9.9  佛钟和编钟

 附录:杆的纵向振动固有频率

第10章        振动与波动

10.1      一维波动

10.2      行波和驻波

10.3      声波和超声波

10.4      水波

10.5      波的干涉和衍射

10.6      多普勒效应

10.7      艏波

附录:声波在空气中的传播速度

第11章        振动与音乐

11.1      交响乐中的振动

11.2      毕达哥拉斯的发现

11.3      弦乐器的发声

11.4      管乐器的发声

11.5      乐器的音色

11.6      三分损益律

11.7      十二平均律

第12章        生物中的振动

12.1        心跳和呼吸

12.2        肢体震颤

12.3        人类的发声

12.4        人类的听声

12.5        动物的发声

12.6        昆虫振翅

12.7        苍蝇和蜻蜓

第13章        混沌振动

13.1      混沌

13.2      规则激励的无规则响应

13.3      对初始条件的极端敏感性

13.4      庞卡莱映射

13.5      奇怪吸引子

13.6      分形几何

13.7      混沌振动的实际意义






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