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2024-07-18 02:44
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機械系統動力學是研究機械結構在動載荷作用下的系統動力學行為的科學。
一、研究內容
機械系統動力學主要研究三個方面的內容：
1、已知載荷和結構參數求結構的響應。
稱為響應預估問題，這是機械動力學的正問題。此類問題一般借助多種動態分析方法（模態分析法、機械阻抗分析法、有限元法等）對結構的動態特性進行研究。
2、已知載荷和結構響應求結構參數或數學模型
稱為參數辨識或系統辨識問題，這是機械動力學的第一類逆問題。此類問題通常借助模態分析法來識別結構參數，正確地建立結構的數學模型，並完成從模態參數到物理參數的額轉換。這樣才能搞清結構的薄弱環節，為改進結構提供依據。
3、已知結構參數和響應求載荷
稱為載荷識別問題，是機械動力學的第二類逆問題。此類問題通常先進行第一類逆問題的計算和測試，求得結構參數，然後方能進行載荷識別，以搞清外界幹擾力的水平和規律。
4、與動力學三類問題相對應的三類工程應用問題
①動剛度、動強度、平順性、舒適性、振動、噪聲級評價等。
②故障診斷、薄弱環節確定、質量控制等。
③載荷譜、道路譜、誤差源等。
二、研究方法
與研究一般的動力學問題類似，機械系統動力學的研究方法可分為兩大類，即理論分析和試驗研究。
1、理論分析
首先要根據求解問題的需要進行簡化，提煉出力學模型。
①對於機械系統動力學問題，其力學模型就是以機械系統動力特征參數（動力系統的自由度、質量、剛度和阻尼系數等）表示的計算簡圖。
②根據力學模型可以建立機械系統動力學問題的數學模型，其力學原理主要有牛頓第二定律、達朗貝爾原理、動能定理、第二類拉格朗日方程等。
③機械系統動力學問題的數學模型一般分為二階微分方程（組），其求解方法可分為解析法、半解析半數值法和數值法。隨著計算機的普及及各種專業軟件的應用推廣，數值法以成為求解機械系統動力學問題的主要方法。
④除瞭分析計算，機械工程師的另一個重要任務就是對計算結果可行性做出正確評價。這樣才能真正解決工程問題。
動力學分析的基本方法
2、實驗研究
動力學實驗研究包括模態實驗、動力學參數測量、模型試驗、現場測試等，它是機械產品設計和運行使用過程中不可缺少的重要環節，也是機械系統動力學理論的重要補充。一方面，理論分析的結果需要試驗驗證其正確性；另一方面，一些動力學系統的動力特征參數，如阻尼比等需要實驗測量方可獲得。
三、研究意義
研究機械系統動力學是機械產品高速化的迫切需求。
研究機械系統動力學是機械產品精密化的必然需要。
研究機械系統動力學是機械產品輕量化的迫切需要。
研究機械系統動力學是機械產品動態設計的必然要求。
四、建立機械系統動力學模型的方法
1、機械系統動力學理論建模
對系統的內部結構、尺寸、材料的性能參數（如質量、剛度、阻尼等）、連接條件和約束條件均有詳盡而又足夠的瞭解，則可利用近代結構動力學或其他力學的理論和方法，按照結構的設計圖，建立系統的數學模型。
2、機械系統動力學實驗建模
如果對系統的內部結構及其特性不能確定，在這種情況下，也可通過激振試驗、直接測量系統的輸入與輸出，然後采用系統參數識別等理論與方法，建立該系統的數學模型。
3、機械系統動力學聯合建模
工程實際中的機械系統動力學分析問題大多出現這樣一種情況，即對系統的內部結構與性能僅有部分瞭解和認識，其數學模型可以或已經被導出，但模型中的某些參數尚有待於采用其他方法來確定，這時就需要綜合使用動力學理論建模和實驗建模（即系統動力學聯合建模方法）來解決問題