机械振动(物理学原理)详细资料大全

只要是理工科院校都开设有这个专业，只不过有些叫法不同，“机械工程及自动化”这个叫法是整合了大机械类的（包括机械设计制造机器自动化、机电一体化、机械电子工程等等），这个名字这几年才有的。

不同学校特色不一样，但是总体而言有如下课程：

工程力学（包括理论力学和材料力学）、机械制图、机械制造基础、机械原理、机械设计、电路分析、电子技术基础、控制工程基础、检测传感技术、机电传动控制、计算机原理与汇编语言、Pro/Engineering&CAD/CAE，技术经济学；

不同学校还有很多选修课可供自己兴趣去选，如流体力学、流体机械、机械建模、电工与电子技术、机械振动学、机器人导论、机械英语、液压传动、PLC编程、不同学校开设的特色专业机械课程（如石油机械、矿厂机械、水利机械、农业机械）。

如果你是女生，建议不要选这个专业，除非你考研究生或者上很好的学校，因为我们学校这个专业出现过光棍班的现象。

如果你是男生，选择这个专业时，得看你自己的兴趣爱好，可以偏向制造方向；也可以偏向制图方面；还可以偏向计算机硬件与编程上来。

我是这个专业的，以上是自己写的，希望有一点帮助。

培养特色：本专业方向充分依托流体机械及工程国家级重点学科优势，着重从流体机械、流体工程方面的研究、设计、开发、管理要求出发，以各类泵的研究设计开发为特色，通过机械学、流体力学、热工学、电学等专业基础理论、流体机械专业知识与技能、计算机及信息技术应用等的系统教学和训练，培养学生的工程实践能力、创新能力和综合素质。

主要课程：工程力学、机械原理与设计、流体力学、工程热力学、传热学、电工电子学、自动控制理论、现代测试技术、流体机械原理、流体机械设计、流体机械自动控制、流体工程、计算流体力学基础、两相流技术、测试技术、 CAE 基础、计算机控制系统、多媒体应用技术、新能源与节能技术等。

深造机会：本专业方向所依托的主要学科在我校设有流体机械及工程、化工过程机械、清洁能源与环境保护等博士点和流体机械及工程、化工过程机械、清洁能源与环境保护、流体力学、水利水电工程等硕士点，以及动力工程及工程热物理博士后流动站。成绩优秀者可以免试进入研究生阶段继续深造。

就业状况及趋势：毕业生可在流体机械、流体工程、电站运行管理、液压气动、航空航天、给排水、能源利用等行业有关的研究单位、公司、企业、高等院校、政府管理部门从事研究、设计、策划、生产、教学和管理工作。多年来，毕业生在全国人才需求量排行榜上一直稳居前列，本专业方向毕业生一直处于供不应求状态，就业率达 100 ％。

动力机械工程及自动化

业务培养目标：本专业培养具备热能工程、传热学、流体力学、动力机械、动力工程等方面基础知识，能在国民经济各部门，从事动力机械(如热力发动机、流体机械、水力机械)的动力工程(如热电厂工程、水电动力工程、制冷及低温工程、空调工程)的设计、制造、运行、管理、实验研究和安装、开发、营销等方面的高级工程技术人才。

业务培养要求：本专业学生主要学习动力工程及工程热物理的基础理论，学习各种能量转换及有效利用的理论和技术，受到现代动力工程师的基本训练；具有进行动力机械与热工设备设计、运行、实验研究的基本能力。

毕业生应获得以下几方面的知识和能力：

1．具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力；

2．较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括工程力学、机械学、工程热物理、流体力学、电工与电子学、控制理论、市场经济及企业管理等基础知识；

3．获得本专业领域的工程实践训练，具有较强的计算机和外语应用能力；

4．具有本专业领域内某个专业方向所必要的专业知识，了解其科学前沿及发展趋势；

5．具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质。

主干学科：动力工程与工程规物理、机械工程。

主要课程：工程力学、机械设计基础、电工与电子技术、工程热力学、流体力学、传热学、控制理论、测试技术。

主要实践性教学环节：包括军训，金工、电工、电子实习，认识实习，生产实习，社会实践，课程设计，毕业设计(论文)等，一般应安排40周以上。

修业年限：四年

授予学位：工学学士

机械动力学是研究机械在力的作用下的运动和机械在运动中产生的力的一门学科。机械动力学研究的主要内容概括起来，主要有如下几个方面。

一、共振分析

随着机械设备的高速重载化和结构、材质的轻型化，现代化机械的固有频率下降，而激励频率上升，有可能使机械的运转速度进入或接近机械的“共振区”，引发强烈的共振。所以，对于高速机械装置(如高速皮带、齿轮、高速轴等)的支承结构件乃至这些高速机械本身，均应进行共振验算。

这种验算在设计阶段进行，可避免机械的共振事故发生；而在分析故障时进行，则有助于找到故障的根源和消除故障的途径。

二、振动分析与动载荷计算

现代的机械设计方法正在由传统的静态设计向动态设计过渡，并已产生了一些专门的学科分支。如机械弹性动力学就是考虑机械构件的弹性来分析机械的精确运动规律和机械振动载荷的一个专门学科。

三、计算机与现代测试技术的运用

计算机与现代测试技术已成为机械动力学学科赖以腾飞的两翼。它们相互结合，不仅解决了在振动学科中许多难以用传统方法解决的问题，而且开创了状态监测、故障诊断、模态分析、动态模拟等一系列有效的实用技术，成为生产实践中十分有力的现代化手段。

机械动力学的各个分支领域，在运用计算机方面取得了丰硕成果，如MATLAB、AnAMS、CATIA、ANSYS等大型仿真软件得到了广泛的运用。

四、减振与隔振

高速与精密是现代机械与仪器的重要特征。高速易导致振动，而精密设备却又往往对自身与外界的振动有极为严格的限制。因此，对机械的减振、隔振技术提出了越来越高的要求。所以，隔振设备的设计、选用与配置以及减振措施的采用，也是机械动力学的任务之一。

机械动力学在近年来虽然得到了迅速的发展，但仍有大量的理论问题与技术问题等待人们去探索，其中主要包括以下几个方面。

1、振动理论问题

这类问题主要是指非线性振动理论问题。工程上的非线性问题常常采用简化的线性化处理，或在计算机上进行分段线性化处理。在这方面还有待进一步探索。

工程中的大量自激振动(如导线舞动、机床颤振、车轮振摆、油缸与导轨的爬行等)，目前还缺乏统一成熟的理论方法，许多问题尚待研究。

2、虚拟样机技术

机械系统动态仿真技术又称为机械工程中的虚拟样机技术，是20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程(CAE)技术。运用这一技术，可以大大简化机械产品的开发过程，大幅度缩短产品的开发周期，大量减少产品的开发费用和成本，明显提高产品的质量，提高产品的系统及性能，获得最优化和创新的设计产品。因此，该技术一出现，就受到了人们的普遍重视和关注，而且相继出现了各种分析软件，如MATLAB、ADAMS、ANSYS、CATIA、UG、Pro/E、SolidWorks等。对于这方面的工作，目前我国还有相当大的差距。

3、振动疲劳机理的研究

许多机械零件的疲劳破坏是由振动产生的。如何把振动理论与振动疲劳机理结合起来仍是一个热门课题。

4、有关测试技术理论和故障诊断理论的研究

适用、有效、廉价的测试诊断设备与技术的研究，离生产急需尚有相当大的距离。

5、流固耦合振动

流体通过固体时会激发振动，而固体的振动，如导线舞动、卡门涡振动、轴承油膜振荡等，又会反过来影响流体的流场和流态，从而改变振动的形态。

6、乘坐动力学

对于交通机械(如汽车、工程机械、舰船等)，其结构设计、悬挂设计、座椅设计以及减振设计等都需要引入随机振动理论，是一个广阔且重大的课题。

7、微机械动力学问题

微机械并非传统意义下的宏观机械的几何尺寸的缩小。当系统特征尺寸达到微米或纳米的量级时，许多物理现象与宏观世界的情况有很大差别。例如，在微机械中，构件材料本身的物理性质将会发生变化；一些微观尺度的短程力所具有的长程效应及其引起的表面效应会在微观领域内起主导作用；在微观尺度下，系统的摩擦问题会更加突出，摩擦力则表现为构件表面间的分子和原子的相互作用，而不再是由载荷的正压力产生，并且当系统的特征尺寸减小到某一程度时，摩擦力甚至可以和系统的驱动力相比拟；在微观领域内，与特征尺寸L的高次方成比例的惯性力、电磁力等的作用相对减小，而与特征尺寸的低次方成比例的黏性力、弹性力、表面张力、静电力等的作用相对增大；此外，微构件的变形与损伤机制与宏观构件也不尽相同等。

针对微机械的研究中呈现出的新特征，传统的机械动力学理论与方法已不再适用。微机械动力学研究微构件材料的本构关系、微构件的变形方式和阻尼机制、微机构的弹性动力学方程等主要科学问题，揭示微构件材料的分子(或原子)成分和结构、材料的弹性模量和泊松比、微构件的刚度和阻尼以及微机构的弹性动力学特性等之间的内在联系，从而保证微机电系统在微小空间内实现能量传递、运动转换和调节控制功能，以规定的精度实现预定的动作。因此，机械动力学的研究将会取得多方面的创新成果，这些成果不仅有重要的科学意义和学术价值，而且有很好的应用前景。

机械动力学的研究方法可分为两类。

(1)结构动态分析

对于机械动力学正问题，动态分析一般借助于多种动态分析法(如模态分析法、模态综合法、机械阻抗分析法、状态空间分析法、模态摄动法及有限元法等)建立结构或系统的数学模型，进而对结构的动态特性进行分析(如动态仿真等)。

对于机械动力学逆问题，动态分析通常先进行动态实验，在此基础上根据一定的准则建立结构或系统的数学模型，然后借助参数辨识或系统辨识的方法进行分析。

(2)动态实验

结构动态实验包括模态实验、力学环境实验、模拟实验等，它是产品设计和生产过程中不可缺少的环节，不仅可以直接考核产品的动力学性能，也为动态分析建立可靠的数学模型提供必要的数据。

1930年9月29日，闻邦椿出生于浙江省杭州市，原籍浙江省温岭县（今温岭市）。他的父亲是从事大地测量的高级工程师，叔父是大学教授，这样的书香门第，自然要安排他去学习。但小学念书时，他的成绩却一直不佳。

1946年，闻邦椿从浙江温岭的一所学风正派、教学严谨、师资力量雄厚的中学-—授智中学（今新河中学）毕业，考入了被当地称之为“最高学府”的浙江省立台州中学高中部（今台州中学）。

高中时的学习生活，对闻邦椿来说是难以忘怀的。台州中学距闻邦椿的家有数十余里，为节省路费，每次回家或返校，闻邦椿都要长途跋涉一整天。这种艰苦的环境，使他既锻炼了意志，又学到了知识。

1949年7月，正值闻邦椿高中三年级，他的家乡解放了。对新制度的向往，对新生活的渴望，促使闻邦椿和同班的三十几名同学，于1949年10月参加了中国人民解放军。

1950年，闻邦椿患淋巴结核病，复员回到了家乡。部队生活培养了闻邦椿不畏艰难的精神，养成了快捷的工作作风，质朴的生活方式和严格的时间观念。这些生活经历，为闻邦椿积累了一笔宝贵的精神财富。

1951年，刚刚成立两年的中华人民共和国，着手制订第一个五年计划。成千上万的中国青年走向和平建设的广阔天地。正是在这种形势下，闻邦椿在复员回家补习完了高中课程后，考入了东北工学院（今东北大学）机械系。

1955年，闻邦椿进入东北工学院研究生班，在苏联专家、莫斯科矿业学院副院长索苏诺夫指导下进行学习。他选择了当时国家急需的“振动机械”这个课题作为研究方向。

为了迅速掌握这门新兴的学科，闻邦椿自学了数学物理方程、机械振动学、非线性振动和德语等十几门课程，并结合自己的实验研究，连续发表了5篇振动机械理论方面的论文，其中“椭圆振动机上物料运动论”和“振动离心机中物料运动理论”两篇论文中的研究成果，在当时无论是中国国内还是国外都是最先提出的，而且它对设计制造振动机械很有参考价值。一个在学的研究生取得了如此的成绩，受到了苏联专家的好评，也在全校引起了很大的反响。

不久，闻邦椿又通过实验和理论分析，发现前苏联选矿机械、铸造机械等几本教材中前苏联教授列文松关于振动筛选动力学的一个计算公式有错误，后闻邦椿撰写了论文，勇敢地指出列文松公式的错误。果然，闻邦椿的举动引起了非议。不久，中国国内及国外先后有人通过研究也发现了这个公式的错误，苏联的教材对这个公式也作了修正。

1957年，闻邦椿从东北工学院机械系研究生班毕业并留校任教。

正当他准备在振动利用工程的领域里作一番事业时，中国大地又开展一系列的政治运动。由于闻邦椿潜心钻研业务，再加上家庭出身是地主，所以，几乎每次运动，他都要受到批判，“罪名”是“白专道路”。

1960年，与闻邦椿一起毕业的同学都由助教提为讲师，而无论是教学还是科研都出类拔萃的闻邦椿不仅未被提升，还被送到学校的农场去劳动。他默默地忍受着这一切。他不改其志，论文不能发表，照样写，他知道总结出来写出来，就是积累资料，总有一天会派上用场；教学不让抓，科研课题不让搞，他就暗自“练兵”。跑到旧货市场，买些零件、工具，用橡皮当弹簧，用漆包线缠小电机，自己动手作些小模型，做些小实验，不断积累数据，积累知识。

1962年，闻邦椿结婚，他的爱人在远离市区30多里地的苏家屯工作，婚后，一直是两地生活。一直到1978年他爱人调进沈阳市内工作才结束。十几年里，闻邦棒每星期都要骑自行车回家几次，每次都要往返70多里，路上就要用去近3个小时。

从1972年开始，他根据自己多年科研、教学的积累，开始著述《振动机械的理论及应用》一书。他反复推导验证每一个公式、每一个理论。没有试验样机和仪器，就自己动手做。自己动手剪板下料，用车床车削主轴，用焊机焊接构件，先后制成了共振筛、电磁式振动给料机等实验机样，并通过试验取得了必要的数据。

1975年，闻邦椿接受北京铁矿振动输送机的研究设计任务后，他带领6名学生，来到现场，有人议论：“这样老大难的问题，大设计院都没解决，凭几名大学没毕业的学生和1名教师无法解决。”面对这些情况，他们从调查研究入手，经过方案讨论、模型试验、图纸设计、制造安装和调试等一道道关口，去锻炼学生。经过一年多的艰苦努力，长度20多米的4条振动输送机终于研制成功，性能完全达到生产要求。单位的领导、工人和技术人员给予高度评价。他还指导学生提高理论水平，写成6篇学术论文，并在中国国内有关杂志上发表。该项目通过技术鉴定，荣获冶金工业部科技进步奖。

1978年，他带领学生与机械部第一砂轮厂同志一起研制成功的自同步概率筛，单位面积产量比其他类型的振动筛提高5倍，该项目填补了中国国内空白。

1978年以后，他完成了多部著作和百余篇论文，广泛地为冶金、煤炭、机械、电力、铁道、轻工等部门研究成功十多种振动机械和工程机械，创造了重大的经济效益和社会效益。

1982年，前后费时7年，几易其稿，所用的草稿纸可以装下一麻袋，终于完成的长达60万字的专著，《振动机械的理论与应用》由机械工业出版社出版。经过二十几位专家的审阅，认为这本书“内容丰富，有创造性和较强的实用性，它对科研、设计、生产有着重要指导意义。”他在书中提出的上百个理论计算公式，被不少科研、设计和生产部门采用。这一专著为中国建立“振动利用工程”这一新分支和奠定这一学科的理论基础做出了重要贡献。

1983年，“七一”前夕，他加入了中国共产党；同年，在震惊中外的296号客机被劫持到韩国的事件中，闻邦椿也是其中旅客之一。他临危不惧，为了避免发生意外情况和使全体旅客尽快返回祖国，他起草了一份声明，在全体旅客签名后，通过机上的3位日本朋友，转交给驻日本的中国大使馆，再转给联合国秘书长。声明要求联合国有关组织及国际红十字会惩办劫机凶手，保证全体旅客安全，要求返回祖国大陆。

1983年、1988年和1993年，他连续三次当选为中国人民政治协商会议第六届、第七届和第八届全国委员会委员。

1985年，被聘为第二、第三届国务院学位委员会机械工程学科评议组成员。

1987年，被选为中国振动工程学会副理事长。

1989年，化学工业出版社出版了他的第二部专著《振动筛、振动给料机、振动输送机的设计与调试》。

1990年，被聘为国际转子动力学委员会委员。

1991年11月，当选为中国科学院学部委员（后改称院士）。

最简单的机械振动是质点的简谐振动。简谐振动是随时间按正弦函数变化的运动。这种振动可以看作是垂直平面上等速圆周运动的点在此平面内的铅垂轴上投影的结果。它的振动位移为

x(t)=Asinωt

式中A为振幅，即偏离平衡位置的最大值，亦即振动位移的最大值；t为时间；ω为圆频率(正弦量频率的2π倍)。它的振动速度为

dx/dt=ωAsin(ωt+π/2)

它的振动加速度为

d2x/dt2=ω2Asin(ωt+π)

振动也可用向量来表示。向量以等角速度ω作反时针方向旋转，位移向量的模（向量的大小）就是振幅A,速度向量的模就是速度的幅值ωA，加速度向量的模就是加速度的幅值ω2A。速度向量比位移向量超前90°，加速度向量比位移向量超前180°。如振动开始时此质点不在平衡位置，它的位移可用下式表示

x(t)=Asin(ωt+ψ)

式中ψ为初相位。完成一次振动所需的时间称为周期。周期的倒数即单位时间内的振动次数，称为频率。具有固定周期的振动，经过一个周期后又回复到周期开始的状态，这称为周期振动。任何一个周期函数，只要满足一定条件都可以展开成傅里叶级数。因此，可以把一个非简谐的周期振动分解为一系列的简谐振动。没有固定周期的振动称为非周期振动，例如旋转机械在起动过程中先出现非周期振动，当旋转机械达到匀速转动时才产生周期振动。

由质量、刚度和阻尼各元素以一定形式组成的系统，称为机械系统。实际的机械结构一般都比较复杂，在分析其振动问题时往往需要把它简化为由若干个“无弹性”的质量和“无质量”的弹性元件所组成的力学模型，这就是一种机械系统，称为弹簧质量系统。弹性元件的特性用弹簧的刚度来表示，它是弹簧每缩短或伸长单位长度所需施加的力。例如，可将汽车的车身和前、后桥作为质量，将板簧和轮胎作为弹性元件,将具有耗散振动能量作用的各环节作为阻尼,三者共同组成了研究汽车振动的一种机械系统。

单自由度系统 　确定一个机械系统的运动状态所需的独立坐标数，称为系统的自由度数。分析一个实际机械结构的振动特性时需要忽略某些次要因素，把它简化为动力学模型，同时确定它的自由度数。简化的程度取决于系统本身的主要特性和所要求分析计算结果的准确程度，最后再经过实测来检验简化结果是否正确。最简单的弹簧质量系统是单自由度系统，它是由一个弹簧和一个质量组成的系统，只用一个独立坐标就能确定其运动状态。根据具体情况，可以选取线位移作为独立坐标，也可以选取角位移作为独立坐标。以线位移为独立坐标的系统的振动，称为直线振动。以扭转角位移为独立坐标的系统的振动，称为扭转振动。

多自由度系统 　不少实际工程振动问题，往往需要把它简化成两个或两个以上自由度的多自由度系统。例如，只研究汽车垂直方向的上下振动时，可简化为以线位移描述其运动的单自由度系统。而当研究汽车上下振动和前后摆动时，则应简化为以线位移和角位移同时描述其运动的2自由度系统。2自由度系统一般具有两个不同数值的固有频率。当系统按其中任一固有频率自由振动时，称为主振动。系统作主振动时，整个系统具有确定的振动形态,称为主振型。主振型和固有频率一样,只决定于系统本身的物理性质，与初始条件无关。多自由度系统具有多个固有频率，最低的固有频率称为第一阶固有频率，简称基频。研究梁的横向振动时，就要用梁上无限多个横截面在每个瞬时的运动状态来描述梁的运动规律。因此，一根梁就是一个无限多个自由度的系统，也称连续系统。弦、杆、膜、板、壳的质量和刚度与梁相同，具有分布的性质。因此，它们都是具有无限多个自由度的连续系统，也称分布系统。

机械振动有不同的分类方法。按产生振动的原因可分为自由振动、受迫振动和自激振动；按振动的规律可分为简谐振动、非谐周期振动和随机振动按振动系统结构参数的特性可分为线性振动和非线性振动；按振动位移的特征可分为扭转振动和直线振动。 在非线性振动中，系统只受其本身产生的激励所维持的振动。自激振动系统本身除具有振动元件外,还具有非振荡性的能源、调节环节和反馈环节。因此，不存在外界激励时它也能产生一种稳定的周期振动，维持自激振动的交变力是由运动本身产生的且由反馈和调节环节所控制。振动一停止,此交变力也随之消失。自激振动与初始条件无关，其频率等于或接近于系统的固有频率。如飞机飞行过程中机翼的颤振、机床工作台在滑动导轨上低速移动时的爬行、钟表摆的摆动和琴弦的振动都属于自激振动。

一、运动性质不同

1、机械振动：是物体或质点在其平衡位置附近所作有规律的往复运动。

2、简谐振动：是物体在与位移成正比的恢复力作用下，在其平衡位置附近按正弦规律作往复的运动。

二、表达式不同

1、机械振动：x(t)=Acosωt，式中A为振幅，即偏离平衡位置的最大值，亦即振动位移的最大值；t为时间；ω为圆频率(正弦量频率的2π倍)。它的振动速度为

2、简谐振动：式中A为位移x的最大值，称为振幅，它表示振动的强度；ωn表示每秒中的振动的幅角增量，称为角频率，也称圆频率。

扩展资料：

机械振动的原理：

振动的强弱用振动量来衡量，振动量可以是振动体的位移、速度或加速度。振动量如果超过允许范围，机械设备将产生较大的动载荷和噪声，从而影响其工作性能和使用寿命，严重时会导致零部件的早期失效。

例如，透平叶片因振动而产生的断裂，可以引起严重事故。由于现代机械结构日益复杂，运动速度日益提高，振动的危害更为突出。

反之，利用振动原理工作的机械设备，则应能产生预期的振动。在机械工程领域中，除固体振动外还有流体振动，以及固体和流体耦合的振动。空气压缩机的喘振，就是一种流体振动。

参考资料来源：百度百科-机械振动

参考资料来源：百度百科-简谐振动

目的和意义是利用机械振动和预防机械振动。

从广泛的意义上说，如果表征一种运动的物理量作时而增大时而减小的反复变化，就可以称这种运动为振动。又若变化着的物理量是一些机械量或力学量，例如物体的位移、速度、加速度应力及应变等等，这种振动便称为机械振动。 振动力学是研究机械振动的运动学和动力学的一门课程。

振动是自然界最普遍的现象之一。大至宇宙，小至亚原子粒子，无不存在振动。各种形式的物理现象，包括声、光、热等都包含振动。

人们生活中也离不开振动：心脏的搏动、耳膜和声带的振动，都是人体不可缺少的功能；人的视觉靠光的刺激，而光本质上也是一种电磁振动；生活中不能没有声音和音乐，而声音的产生、传播和接收都离不开振动。在工程技术领域中，振动现象也比比皆是。

例如，桥梁和建筑物在阵风或地震激励下的振动，飞机和船舶在航行中的振动，机床和刀具在加工时的振动，各种动力机械的振动，控制系统中的自激振动，等等。

在许多情况下，振动被认为是消极因素。例如，振动会影响精密仪器设备的功能，降低加工精度和光洁度，加剧构件的疲劳和磨损，从而缩短机器和结构物的使用寿命，振动还可能引起结构的大变形破坏，有的桥梁曾因振动而坍毁；飞机机翼的颤振、机轮的抖振往往造成事故；车船和机舱的振动会劣化乘载条件；强烈的振动噪声会形成严重的公害。

然而，振动也有它积极的一面。例如，振动是通信、广播、电视、雷达等工作的基础。50年代以来，陆续出现许多利用振动的生产装备和工艺。

例如，振动传输、振动筛选、振动研磨、振动抛光、振动沉桩、振动消除内应力等等。它们极大地改善了劳动条件，成十、百倍地提高劳动生产率。可以预期，随着生产实践和科学研究的不断进展，振动的利用还会与日俱增。

1.分子机械动力学的研究：作为纳米科技的一个分支，分子机械和分子器件的研究工作受到普遍关注。如何针对纳机电系统(NEMS)器件建立科学适用的力学模型，成为解决纳米尺度动力学问题的瓶颈。分子机械是极其重要的一类NEMS器件．分为天然的与人工的两类。人工分子机械是通过对原子的人为操纵，合成、制造出具有能量转化机制或运动传递机制的纳米级的生物机械装置。由于分子机械具有高效节能、环保无噪、原料易得、承载能力大、速度高等特点，加之具有纳米尺度，故在国防、航天、航空、医学、电子等领域具有十分重要的应用前景，因而受到各发达国家的高度重视。已经成功研制出多种分子机械，如分子马达、分子齿轮、分子轴承等。但在分子机械实现其工程化与规模化的过程中， 由于理论研究水平的制约，使分子机械的研究工作受到了进一步得制约。 分子机械动力学研究的关键是建立科学合理的力学模型。分子机械动力学采用的力学模型有两类，第一类是建立在量子力学、分子力学以及波函数理论基础上的离散原子作用模型。在该模型中，依据分子机械的初始构象，将分子机械系统离散为大量相互作用的原子，每个原子拥有质量，所处的位置用几何点表示。通过引入键长伸缩能，键角弯曲能，键的二面角扭转能，以及非键作用能等，形成机械的势能面，使系统总势能最小的构象即为分子机械的稳定构象。采用分子力学和分子动力学等方法，对分子机械的动态构象与运动规律进行计算。从理论上讲，该模型可以获得分子机械每个时刻精确的动力学性能，但计算T作量十分庞大，特别是当原子数目较大时，其计算工作量是无法承受的。第二类模型为连续介质力学模型。该模型将分子机械视为桁架结构，原子为桁架的节点，化学键为连接节点的杆件，然后采用结构力学中的有限元方法进行动力学分析。该模型虽然克服了第一类模型计算量庞大的缺陷，但无法描述各原子中电子的运动状态，故没有考虑分子机械的光、电驱动效应和量子力学特性．所以在此模型上难以对分子机械实施运动控制研究。有学者提出将量子力学中的波函数、结构力学中的能量函数以及机构学中的运动副等理论结合，建立分子机械动力学分析的体铰群模型。在该模型中，将分子机械中的驱动光子、电子、离子等直接作用的原子以及直接构成运动副的原子称为体，联接体的力场称为铰，具有确切构象的体铰组合称为群。将群视为相对运动与形变运动相结合的杆件．用群间相对位置的变化反应分子的机械运动，而群的形变运动反映分子构象的变化，借助坐标凝聚对群进行低维描述。该模型的核心思想来自于一般力学中的子结构理论和模态综合技术。

2.往复机械的动力学分析及减振的研究：机械产生振动的原因，大致分为两种，一种是机械本身工作时力和力矩的不平衡引起的振动，另一种是由于外力或力矩作用于机架上而引起机械的振动。下面只研究机械本身由于力和力矩的不平衡而引起的振动问题。往复机械包含有大质量的活塞、联杆等组成的曲柄-活塞机构，这些大质量构件在高速周期性运动时产生的不平衡力和气缸内的燃气压力或蒸气压力的周期性变化构成了机器本身和基础的振动。这样产生的振动通过机架传给基础。此振动只要采用适当的方法克服不平衡力这一因素，便可减小振动。然而由曲柄轴的转动力矩使机架产生的反力而引起的振动将是最难解决的问题。 通过一系列的动力学分析，将产生新的减小振动的思路，即想法将往复机械工作时产生的惯性力和力矩的不平衡性，尽量在发动机内部加以平衡解决，使其不传给机架。以往解决平衡的办法是在曲柄轴中心线另一侧加上适当配重即可平衡，对多缸发动机虽然也可按同样办法来处理，但比较麻烦，且发动机结构笨大。由曲柄-活塞动力学分析可知，若作用于往复机械的力之总和等于零(静平衡条件)和上述作用力对任意点的力矩之总和等于零(动平衡条件)，则作用于往复机械的力和力矩就完全平衡。从理论分析上是可行的，在实际应用上也是可以实现的，即对于多缸发动机的平衡，只要合理安排曲柄角位置和适当选择曲柄、连杆、活 塞构件的质量，则可完全满足关于转动质量的两个平衡条件，因而可达到减小整机振动的目的。

3.机械系统的碰撞振动与控制的研究：机械系统内部或边界间隙引起的碰撞振动是机械动力学的研究热点之一。该领域研究成果有：

(1)碰撞振动的间断和连续分析，包括稳定性分析、奇异性问题、擦边诱发分叉、非线性模态等研究； (2)碰撞振动控制，特别是不连续系统的控制方法和控制混沌碰撞振动；

(3)碰撞振动分析的数值方法；

(4)碰撞振动实验研究。 在稳态运行环境下，机械系统内部或边界上的间隙通常使系统产生碰撞振动， 即零部件间或零部件与边界间的往复碰撞。这会造成有害的动应力、表面磨损和高频噪声，严重影响产品的质量。在当代高技术的机电系统中，碰撞振动有时会成为影响系统性能的主要因素。

例如：

(1)在由机器人完成的柔顺插入装配中，为避免轴、孔对中误差而引起卡阻，需要同时控制操作器的位置和它与环境间的作用力。这类柔顺操作器的关键部分由弹性元件、应变测量模块及力反馈电路组成，通过控制弹性元件的变形， 产生对负载变化非常敏感的控制力。操作器研制的难点之一是，传动误差扰动经过间隙环节后成为极复杂的运动，对高灵敏度操作器的动力学特性产生影响。

(2)大型航天器中许多大柔性结构(如空间站的天线、太阳能电池帆板)需要在太空轨道装配或自动展开，为此，在关节(或套筒)中留有一定间隙。虽然这些间隙与结构尺寸相比很小，但因关节数目很多而使整个结构呈明显的松动，其振动特性变得非常复杂。另外，这类结构往往还受主动控制， 间隙显著增加了控制的难度。 因此，深入研究间隙引起的碰撞振动，才能在高技术机电系统的设计阶段把握其动力学特性，避免后继阶段的大挫折。由于碰撞振动系统是复杂的非线性动力学系统，对它的研究既有理论难度又有重要工程实际意义，得到普遍关注。

4.流体动力学在流体机械领域中的应用：空气、水、油等易于流动的物质被统称为流体。在力的作用下，流体的流动可引起能量的传递、转换和物质的传送。利用流体进行力的传递、进行功和能的转换的机械，被称为流体机械。流体力学就是一门研究流体流动规律，以及流体与固体相互作用的一门学科，研究的范围涉及到风扇的设计，发动机内气体的流动以及车辆外形的减阻设计，水利机械的工作原理，输油管道的铺设，供水系统的设计，乃至航海、航空和航天等领域内动力系统和外形的设计等。计算流体动力学（CFD），就是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的一门新型学科。CFD 应用计算流体力学理论与方法，利用具有超强数值运算能力的计算机，编制计算机运行程序，数值求解满足不同种类流体的流动和传热规律的质量守恒、动量守恒和能量守恒三大守恒规律，及附加的各种模型方程所组成的非线性偏微分方程组，得到确定边界条件下的数值解。CFD 兼有理论性和实践性的双重特点，为现代科学中许多复杂流动与传热问题提供了有效的解决方法。

5.转子动力学理论与机械故障诊断技术：以风力发电机组、水力发电机组等大型能源装备、航天器、航空发动机、汽车等机械系统为研究对象，进行转子动力学、机械故障诊断、振动主动控制等方面的研究。对带有旋转机械中常见的动静件碰摩、部件松动、转轴裂纹等故障的转子系统的非线性动力学行为进行理论与实验研究，发展了转子轴承系统非线性动力学理论。开展了动静件碰摩、转轴裂纹等旋转机械常见故障的诊断与定位，非线性系统在线辨识技术、神经网络、专家系统、小波分析等方法的研究，在国际上较早地和较系统、全面地分析了旋转机械常见故障的动力学机理，所开发的水轮发电机组和汽轮发电机组状态监测和故障诊断系统已安装在大量的机组上，为电力行业的安全生产做出了贡献。

6.航天器动力学及智能结构技术：为了解决对含间隙展开与分离机构的全局(解锁－展开－锁定)动力学预测仿真的难题，引入单边约束和变拓扑结构理论，研究了含间隙展开机构多体动力学建模方法，基于ADAMS软件平台编制了卫星-火箭分离动力学仿真模拟系统和太阳电池阵动力学仿真模拟系统，该项技术已用于星箭解锁分离、战略导弹级间段分离、大型整流罩解锁－抛离、空间站伸展机构展开-锁定等的全局预测仿真模拟。探索研究了智能材料结构机构设计理论与方法，主要解决智能元件和典型智能机构设计与分析问题。设计了一种具有感知和驱动功能的压电主动杆；研究了典型智能材料元件（压电双晶片、SMA差动弹簧驱动器、主动杆等）的机电耦合特性；研制了3种智能材料元件驱动的组合式机构：压电驱动的微动机器人、SMA驱动的柔性手爪和压电双晶片驱动的步进转动机构；进行了采用智能材料实现飞行器的变构型研究。