《機械振動與噪聲控製》課程教學設計
教育論壇
作者：田紅亮
摘 要：《機械振動與噪聲控製》課程適用的專業為機械類和近機類，選修學生處於大學本科三年級下學期的階段。本文從教學的內容設計上，闡述了這門課程的專業特點。
關鍵詞：機械振動；噪聲控製；微分方程
1. 課程描述
《機械振動與噪聲控製》課程適用的專業為機械類與近機類，選修學生屬於大學本科三年級下學期的範圍。本課程側重機械振動與噪聲控製原理，其內容密切聯係實際工程，是一門專業基礎選修課程。該課程以機械設計、機械原理為理論基礎，研究機械工程中廣義係統的振動問題；同時它又是一種方法論。
2. 課程目標
本課程的目的在於使學生能以動態而不是靜態的觀點去看待一個機械工程係統；從整體而不是孤立的視角，從整個係統中的信息之傳遞、轉換和反饋等角度來分析係統的動態行為；能結合機械工程，應用經典振動理論中的基本概念和基本方法來分析、研究和解決其中的問題。要重點研究2個方麵：①對機、電、液係統中存在的問題能夠以振動力學的觀點和思維方法進行科學分析，以找出問題的內質和有效的解決方法；②如何控製一個機、電、液係統，使之按預定的規律運動，以達到預期的技術經濟指標，為實現最佳振動奠定基礎。
3. 課程內容及安排
授課28學時，實驗4學時。
第O章 緒論
本章教學目標：全麵掌握機械振動的基本概念和研究對象，了解本課程的研究任務、學習目的和意義。
本章教學基本要求：了解機械振動的基本含義和研究對象，學習本課程的目的和任務；掌握廣義係統運動微分方程的含義。了解係統、廣義係統的概念，了解係統的基本特性。掌握自由度的含義，學會分析動態係統內振動的過程，掌握係統或過程中存在的耦合。了解力學係統的幾種分類方法；掌握振動力學的工作原理、組成；領會激勵、響應的意義。了解振動係統中基本名詞和基本變量。了解線性係統、非線性係統、確定性振動、隨機振動的概念。了解模態的基本組成。
第1章 單自由度線性係統的自由振動
本章教學目標：學會單自由度線性係統的振動微分方程的建立方法、簡化方法與分析方法。
本章教學基本要求：了解振動微分方程的基本概念。能夠運用動力學、電學及專業知識，列寫機械係統、電子網絡的振動微分方程。掌握阻尼的概念、特點，學會求等效阻尼。能夠用拉普拉斯變換求係統的頻率響應函數。掌握頻率響應函數的基本形式及相關參數的物理意義。了解無阻尼固有頻率、有阻尼固有頻率的意義。能夠根據係統的振動微分方程，求出係統振動的通解。掌握無阻尼係統、具有黏性阻尼係統的響應求法。掌握相平麵方法，了解相平麵、相軌跡與奇點的概念。
第2章 單自由度線性係統的受迫振動
本章教學目標：學會通過係統的受迫振動方程來分析係統的時間特性。
本章教學基本要求：了解係統受迫振動的組成。初步掌握係統的特征根的實部與虛部對係統自由響應項的影響情況。了解受迫振動係統時間響應分析中常見的典型輸入信號及其特點。掌握簡諧激勵的定義和基本參數，能夠求解單自由度線性係統的單位脈衝響應。掌握受迫振動係統過渡階段的基本形狀及意義。掌握共振現象。掌握幅頻響應曲線、相頻響應曲線的基本形狀，以及振蕩情況與係統阻尼比之間的對應關係。掌握半功率帶寬的定義及其與係統特征參數之間的關係。了解如何通過半功率帶寬的方法，解答係統的阻尼比。掌握共振頻率的定義，掌握品質因數與係統阻尼比的關係，掌握頻率比的含義。能夠求解任意激振力作用下的響應，掌握卷積法，機械阻抗方法。
第3章 多自由度線性係統的振動
本章教學目標：學會通過係統運動方程的矩陣形式來分析係統的特性。
本章教學基本要求：掌握剛度影響係數的定義，掌握廣義特征值問題、固有模態與模態正交性。掌握模態質量、模態剛度、模態矩陣、主坐標的求法。掌握複指數算法的基本數學原理，會嚴格證明。熟悉動柔度矩陣或複頻響應矩陣。掌握比例黏性阻尼和實模態理論，瑞利阻尼的定義和具體表達式，瑞利阻尼中兩個比例係數的確定。了解自由振動的模態疊加方法。會用模態疊加方法和直接求解方法確定係統的自由振動。了解減振器的概念。