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机械振动基础的序-陆启韶

已有 4538 次阅读 2010-11-30 11:10 |个人分类:未分类|系统分类:教学心得| 教学, 振动

 

       振动是自然界和工程技术中十分普遍的物理现象。它们通常是指物体或系统在其平衡位置附近的往复运动,但是随着现代工程和科学的飞速发展,振动的内涵已经变得越来越广泛了。刻画振动现象的本质规律需要使用微分方程和偏微分方程等数学工具,所以它在传统上似乎是力学和数学的专属领域。然而许多工程技术领域,如航空航天、能源化工、机械制造、交通运输、工程材料、土木建筑、核工业等等,在机电装备设计和运行过程中都会遇到大量振动问题,因此振动研究已经成为很多工程学科的核心内容。

    为了适应现代工程教育对于振动知识的需求,陈奎孚博士在长期从事振动领域教学和科研工作的基础上,新编了《机械振动基础》一书。本书首先介绍了振动的基本概念和研究特点,然后对单自由度系统的自由振动和受迫振动问题的基本理论方法进行了详细的分析,为进一步研究打下了良好基础。接着考虑两自由度和多自由度系统的各种振动问题,侧重由于多自由度因素所带来的新问题和新理论方法。考虑到在工程振动问题的实际计算需要,专门给出了固有频率与振型的数值解法。最后,重点地介绍了一些典型的弹性体的振动问题及处理方法。

尽管国内已经出版了多种振动教材,这本教材有其自身的显著特点。首先,本书的内容安排独具匠心,振动分析对象以离散系统为主,兼顾连续系统;研究工具以理论方法为主,数值方法为辅。做到由浅入深,难点分散,逐步展开,条理清楚。其次,进行振动分析离不开数学工具,这往往使一些数学基础较弱的工程技术人员望而却步,因此善于处理力学分析与数学方法之间的关系是十分重要的。在本书里,数学概念和工具是紧密围绕振动分析的需要而引进的。例如要对振动现象作定量分析,就需要用微分方程描述其力学模型。又如多自由度振动问题的解耦需要利用线性变换,在数学上就要求解特征值问题去确定这个变换;至于弹性体振动问题的解耦,就需要利用振型的正交性了。作者注意对这些数学问题进行适当剪裁和加工,善于配合相应的力学问题进行表述,使得内容编排如行云流水,浑成一体,读者能够深刻地体会到它们的力学本质,有效地理解和掌握了这些内容。再者,本书特别重视启发式的叙述和教学。比如对振型矩阵的特征值和特征向量的确定、解常微分方程的待定系数法和分离变量法等内容的处理,作者不仅给出运算步骤和重要公式,更注重引导读者去探究解法的思路。隐含在这种启发式教学中方法论是先将复杂的问题退化成简单的读者熟悉的问题,这种思路始终贯穿着全书。最后,作者精选了大量例题和习题,有些详尽地介绍了求解方法,有些来自典型的工程实际问题,对于读者学习和掌握理论方法,以及培养分析和解决实际问题能力都发挥了重要作用。

本书内容丰富,重点突出,力学背景清晰,工程实用性强。在表述上图文并茂,语言流畅。特别是作者在选图上下了很大功夫,有些图还是作者亲自绘制而在其他著作中很难找到的。大量的图形不仅能够直观地说明问题,有助于理解抽象的数学和力学概念,而且感受到力学美的魅力。书中语言生动活泼,甚至不时的幽默也使得读起来酣畅淋漓,意犹未尽。

    值得指出,本书的特色亦归因于作者长期从事跨学科交叉领域研究的积累。他先后在力学和生物医学工程专业学习和研究,其后又赴日本和美国深造。尽管专业跨度很大,但是他一直在振动领域耕耘不辍,求索不止,取得出色的成果。本书有广泛的适用性。它可以作为高等学校工程振动课程的教学用书,供教师和研究生、高年级大学生在课程学习中使用,同时对于广大从事振动理论和应用研究的工程技术人员和科研人员也有重要参考价值。

 

                                                      陆启韶

                                            201011月于北京航空航天大学



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