機械動力學是研究機械在力作用下的運動和機械在運動中產(chǎn)生的力，并從力與運動的相互作用的角度進行機械的設計和改進的科學。機械動力學的研究方法可分為兩類：

1、結構動態(tài)分析

對于機械動力學正問題，動態(tài)分析一般借助于多種動態(tài)分析法(如模態(tài)分析法、模態(tài)綜合法、機械阻抗分析法、狀態(tài)空間分析法、模態(tài)攝動法及有限元法等)建立結構或系統(tǒng)的數(shù)學模型，進而對結構的動態(tài)特性進行分析(如動態(tài)仿真等)。

對于機械動力學逆問題，動態(tài)分析通常先進行動態(tài)實驗，在此基礎上根據(jù)一定的準則建立結構或系統(tǒng)的數(shù)學模型，然后借助參數(shù)辨識或系統(tǒng)辨識的方法進行分析。

2、動態(tài)實驗

結構動態(tài)實驗包括模態(tài)實驗、力學環(huán)境實驗、模擬實驗等，它是產(chǎn)品設計和生產(chǎn)過程中不可缺少的環(huán)節(jié)，不僅可以直接考核產(chǎn)品的動力學性能，也為動態(tài)分析建立可靠的數(shù)學模型提供必要的數(shù)據(jù)。

機械動力學是研究機械在力的作用下的運動和機械在運動中產(chǎn)生的力的一門學科。機械動力學研究的主要內(nèi)容概括起來，主要有如下幾個方面。

一、共振分析

隨著機械設備的高速重載化和結構、材質(zhì)的輕型化，現(xiàn)代化機械的固有頻率下降，而激勵頻率上升，有可能使機械的運轉(zhuǎn)速度進入或接近機械的“共振區(qū)”，引發(fā)強烈的共振。所以，對于高速機械裝置(如高速皮帶、齒輪、高速軸等)的支承結構件乃至這些高速機械本身，均應進行共振驗算。

這種驗算在設計階段進行，可避免機械的共振事故發(fā)生；而在分析故障時進行，則有助于找到故障的根源和消除故障的途徑。

二、振動分析與動載荷計算

現(xiàn)代的機械設計方法正在由傳統(tǒng)的靜態(tài)設計向動態(tài)設計過渡，并已產(chǎn)生了一些專門的學科分支。如機械彈性動力學就是考慮機械構件的彈性來分析機械的精確運動規(guī)律和機械振動載荷的一個專門學科。

三、計算機與現(xiàn)代測試技術的運用

計算機與現(xiàn)代測試技術已成為機械動力學學科賴以騰飛的兩翼。它們相互結合，不僅解決了在振動學科中許多難以用傳統(tǒng)方法解決的問題，而且開創(chuàng)了狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、模態(tài)分析、動態(tài)模擬等一系列有效的實用技術，成為生產(chǎn)實踐中十分有力的現(xiàn)代化手段。

機械動力學的各個分支領域，在運用計算機方面取得了豐碩成果，如MATLAB、AnAMS、CATIA、ANSYS等大型仿真軟件得到了廣泛的運用。

四、減振與隔振

高速與精密是現(xiàn)代機械與儀器的重要特征。高速易導致振動，而精密設備卻又往往對自身與外界的振動有極為嚴格的限制。因此，對機械的減振、隔振技術提出了越來越高的要求。所以，隔振設備的設計、選用與配置以及減振措施的采用，也是機械動力學的任務之一。

機械動力學在近年來雖然得到了迅速的發(fā)展，但仍有大量的理論問題與技術問題等待人們?nèi)ヌ剿?，其中主要包括以下幾個方面。

1、振動理論問題

這類問題主要是指非線性振動理論問題。工程上的非線性問題常常采用簡化的線性化處理，或在計算機上進行分段線性化處理。在這方面還有待進一步探索。

工程中的大量自激振動(如導線舞動、機床顫振、車輪振擺、油缸與導軌的爬行等)，目前還缺乏統(tǒng)一成熟的理論方法，許多問題尚待研究。

2、虛擬樣機技術

機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術又稱為機械工程中的虛擬樣機技術，是20世紀80年代隨著計算機技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程(CAE)技術。運用這一技術，可以大大簡化機械產(chǎn)品的開發(fā)過程，大幅度縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品的開發(fā)費用和成本，明顯提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的系統(tǒng)及性能，獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設計產(chǎn)品。因此，該技術一出現(xiàn)，就受到了人們的普遍重視和關注，而且相繼出現(xiàn)了各種分析軟件，如MATLAB、ADAMS、ANSYS、CATIA、UG、Pro/E、SolidWorks等。對于這方面的工作，目前我國還有相當大的差距。

3、振動疲勞機理的研究

許多機械零件的疲勞破壞是由振動產(chǎn)生的。如何把振動理論與振動疲勞機理結合起來仍是一個熱門課題。

4、有關測試技術理論和故障診斷理論的研究

適用、有效、廉價的測試診斷設備與技術的研究，離生產(chǎn)急需尚有相當大的距離。

5、流固耦合振動

流體通過固體時會激發(fā)振動，而固體的振動，如導線舞動、卡門渦振動、軸承油膜振蕩等，又會反過來影響流體的流場和流態(tài)，從而改變振動的形態(tài)。

6、乘坐動力學

對于交通機械(如汽車、工程機械、艦船等)，其結構設計、懸掛設計、座椅設計以及減振設計等都需要引入隨機振動理論，是一個廣闊且重大的課題。

7、微機械動力學問題

微機械并非傳統(tǒng)意義下的宏觀機械的幾何尺寸的縮小。當系統(tǒng)特征尺寸達到微米或納米的量級時，許多物理現(xiàn)象與宏觀世界的情況有很大差別。例如，在微機械中，構件材料本身的物理性質(zhì)將會發(fā)生變化；一些微觀尺度的短程力所具有的長程效應及其引起的表面效應會在微觀領域內(nèi)起主導作用；在微觀尺度下，系統(tǒng)的摩擦問題會更加突出，摩擦力則表現(xiàn)為構件表面間的分子和原子的相互作用，而不再是由載荷的正壓力產(chǎn)生，并且當系統(tǒng)的特征尺寸減小到某一程度時，摩擦力甚至可以和系統(tǒng)的驅(qū)動力相比擬；在微觀領域內(nèi)，與特征尺寸L的高次方成比例的慣性力、電磁力等的作用相對減小，而與特征尺寸的低次方成比例的黏性力、彈性力、表面張力、靜電力等的作用相對增大；此外，微構件的變形與損傷機制與宏觀構件也不盡相同等。

針對微機械的研究中呈現(xiàn)出的新特征，傳統(tǒng)的機械動力學理論與方法已不再適用。微機械動力學研究微構件材料的本構關系、微構件的變形方式和阻尼機制、微機構的彈性動力學方程等主要科學問題，揭示微構件材料的分子(或原子)成分和結構、材料的彈性模量和泊松比、微構件的剛度和阻尼以及微機構的彈性動力學特性等之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而保證微機電系統(tǒng)在微小空間內(nèi)實現(xiàn)能量傳遞、運動轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)控制功能，以規(guī)定的精度實現(xiàn)預定的動作。因此，機械動力學的研究將會取得多方面的創(chuàng)新成果，這些成果不僅有重要的科學意義和學術價值，而且有很好的應用前景。

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