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第1章 工程噪声基础 1

1.1 什么是声波 2

1.1.1 声波的定义 2

1.1.2 声波的描述参数 3

1.1.3 描述声波的基本物理量 4

1.1.4 声波的传播特性 5

1.2 什么是声音 6

1.2.1 什么是纯音 7

1.2.2 声音的频率成分 7

1.2.3 空气声与结构声 8

1.2.4 声音的传播路径 9

1.2.5 怎么评价声音 10

1.3 什么是声场 11

1.3.1 声场的定义 11

1.3.2 声波的叠加 12

1.3.3 近场与远场 13

1.3.4 自由场与消声室 14

1.3.5 混响场与混响室 14

1.4 什么是声压级 15

1.4.1 声压级的定义 16

1.4.2 为何基准是20 μPa 18

1.4.3 声压级的计算 18

1.4.4 灵敏度对声压级的影响 20

1.5 什么是分贝dB 21

1.5.1 分贝的定义 22

1.5.2 声音大小 22

1.5.3 dB的性质 23

1.5.4 -3dB 24

1.5.5 dBA 24

1.5.6 dB叠加 26

1.6 有趣的分贝公式 28

1.6.1 相关的正弦声源 28

1.6.2 不相关的正弦声源 29

1.6.3 随机声源 29

1.6.4 叠加原则小结 31

1.7 什么是倍频程 31

1.7.1 倍频程的定义 31

1.7.2 怎么计算中心频率 33

1.7.3 倍频程标准中心频率 35

1.7.4 倍频程的计算 37

1.8 什么是声学计权 38

1.8.1 为什么要使用计权 38

1.8.2 频率计权 39

1.8.3 时间计权 40

1.9 细说传声器 40

1.9.1 传声器构造 40

1.9.2 常见的传声器类型 41

1.9.3 性能指标 42

1.9.4 声场应用类型 45

1.9.5 测量传声器附件 45

1.9.6 怎样选择传声器 46

1.10 什么是声强 46

1.10.1 声强的定义 46

1.10.2 声强探头的构造 47

1.10.3 声强的测量原理 49

1.10.4 声强的应用 50

1.11 什么是声功率 52

1.11.1 声功率的定义 52

1.11.2 为什么要测量声功率 52

1.11.3 三个参数之间的关系 53

1.11.4 声功率测量方法 54

1.11.5 测量方法的差异 55

1.12 基于声压法的声功率测量 56

1.12.1 自由场法 56

1.12.2 混响室法 57

1.12.3 标准声源法 58

1.12.4 现场测量法 58

1.12.5 声压法测量标准 59

1.13 基于声强法的声功率测量 61

1.13.1 基本原理 61

1.13.2 离散点法 63

1.13.3 扫描法 64

1.13.4 测量方法的差异 65

1.14 基于声强法的声功率测量实例 65

第2章 振动噪声信号采集 71

2.1 振动传感器怎样选型 71

2.1.1 传感器分类 72

2.1.2 常见加速度计类型 72

2.1.3 选型指标 73

2.1.4 选型原则 75

2.2 传感器怎样安装才能满足测试要求 76

2.2.1 安装位置 76

2.2.2 安装要求 77

2.3 信号AC和DC的区别 79

2.3.1 AC定义和DC定义 80

2.3.2 AC耦合和DC耦合 81

2.3.3 怎样选择耦合方式 82

2.3.4 趋势项 83

2.3.5 扭振信号 84

2.4 采样频率多大才不会使信号幅值明显失真 84

2.5 采样频率2倍和2.56倍的区别 86

2.5.1 混叠 86

2.5.2 抗混叠滤波器 86

2.5.3 为什么要用2.56倍 87

2.6 AD位数对信号幅值的影响 88

2.6.1 量化 88

2.6.2 量化误差 89

2.6.3 减小量化误差的方法 90

2.7 采样过程中存在的误差 92

2.7.1 潜在的结构问题 93

2.7.2 传感器引入噪声 93

2.7.3 接地循环噪声 93

2.7.4 导线噪声 94

2.7.5 信号调理噪声 94

2.7.6 滤波器噪声 95

2.7.7 ADC误差 95

2.7.8 本底噪声 96

2.7.9 计算误差 96

2.8 如何实现高质量的信号采集 96

2.8.1 数据采集的目的 97

2.8.2 测量链的组成 97

2.8.3 影响测量的因素 98

2.8.4 测量前的准备工作 98

2.8.5 采样参数设置 99

2.8.6 现场测试 100

2.8.7 如何判断信号 101

2.9 脉冲数与转速测量的关系 103

2.10 细说动态范围的各种定义 104

第3章 振动噪声信号处理 108

3.1 DSP基本名词术语及关系 108

3.1.1 时域名词术语 109

3.1.2 频域名词术语 110

3.1.3 各名词术语之间的关系 112

3.2 信号处理若干名词解释 113

3.2.1 模拟信号与数字信号 113

3.2.2 时域与频域 113

3.2.3 角度域与阶次域 114

3.2.4 传递函数与频响函数 114

3.2.5 拉普拉斯域与傅里叶域 115

3.2.6 物理空间与模态空间 115

3.2.7 阶与阶次 116

3.2.8 带宽与宽带 116

3.2.9 宽带与窄带 117

3.2.10 谱线与线谱 117

3.2.11 时间分辨率与频率分辨率 118

3.2.12 平均 118

3.2.13 重叠与步长 118

3.2.14 稳态与跟踪 119

3.2.15 自谱与互谱 119

3.2.16 自相关与互相关 119

3.2.17 相关分析与相干分析 119

3.2.18 阶次分析与阶次跟踪 120

3.3 计算信号的RMS 120

3.4 什么是泄漏 122

3.4.1 信号截断 122

3.4.2 周期截断 122

3.4.3 非周期截断 123

3.4.4 FFT变换要求 124

3.4.5 泄漏 124

3.4.6 窗函数 125

3.5 什么是混叠 125

3.5.1 混叠的定义 126

3.5.2 混叠实例 126

3.5.3 怎样最小化混叠 127

3.5.4 计算混叠后的频率 128

3.5.5 阶次混叠 129

3.6 什么是窗函数 130

3.6.1 为什么要加窗函数 130

3.6.2 窗函数的定义 130

3.6.3 窗函数的时频域特征 131

3.6.4 加窗函数的原则 134

3.6.5 模态测试所用窗函数 134

3.6.6 窗函数带来的影响 135

3.7 什么是Overall Level 136

3.7.1 OA的定义 136

3.7.2 怎样计算OA 136

3.7.3 窗函数对OA的影响 138

3.7.4 OA与阶次切片的区别 138

3.8 各种谱函数的区别与应用 140

3.8.1 Peak、RMS和Peak-Peak定义 141

3.8.2 频谱Spectrum 141

3.8.3 自谱AutoPower 142

3.8.4 功率谱密度PSD 143

3.8.5 能量谱ESD 143

3.8.6 互谱CrossPower 143

3.8.7 频响函数FRF 144

3.8.8 相干函数 144

3.8.9 Overall Level 145

3.9 频谱和线性自功率谱的区别 145

3.9.1 概念描述 145

3.9.2 能量平均与线性平均 146

3.9.3 对比能量平均和线性平均 147

3.9.4 结论 148

3.10 频谱真的不能线性平均吗 148

3.11 谱线对随机信号和周期信号的PSD或自谱的影响 151

3.11.1 讨论参数 151

3.11.2 啤酒和杯子 152

3.11.3 随机信号的自谱与PSD 152

3.11.4 正弦信号的自谱与PSD 153

3.11.5 结论 154

3.12 什么是ZoomFFT 155

3.12.1 傅里叶变换对 156

3.12.2 ZoomFFT变换过程 156

第4章 实验模态测试 158

4.1 什么是固有频率 159

4.1.1 固有频率的定义 159

4.1.2 影响因素 160

4.1.3 为什么存在多阶固有频率 160

4.1.4 基频和主频 161

4.1.5 固有频率与共振频率的区别与联系 162

4.1.6 激励频率离固有频率多远可避免共振 162

4.1.7 固有频率测量 164

4.2 什么是模态分析 166

4.2.1 为什么要进行模态分析 166

4.2.2 模态分析与振动分析的区别 168

4.2.3 试验类型的分类 170

4.2.4 试验方法的分类 170

4.2.5 模态试验设计 173

4.3 细说模态分析四大基本假设 173

4.3.1 线性假设 174

4.3.2 时不变性假设 174

4.3.3 可观测性假设 175

4.3.4 互易性假设 176

4.4 试验模态测试分析一般流程 179

4.4.1 预试验分析 179

4.4.2 建立模态模型 179

4.4.3 数据采集 180

4.4.4 参数识别 180

4.4.5 结果验证 181

4.5 模态边界条件：自由边界与约束边界的差异 182

4.5.1 刚体运动与弹性运动 182

4.5.2 刚体模态与弹性模态 183

4.5.3 自由边界与约束边界的区别 183

4.5.4 自由边界与约束边界的联系 185

4.5.5 边界支承刚度要求 186

4.6 为什么要做自由模态分析 187

4.6.1 实际工作边界为自由边界 187

4.6.2 为供应商提自由模态指标 188

4.6.3 校准数字模型 188

4.6.4 确定合适的安装位置 188

4.7 怎么选择激励方式 189

4.7.1 测试设置的差异 189

4.7.2 频响函数的差异 190

4.7.3 优缺点总结 191

4.7.4 选择的原则 191

4.8 测量自由度的数目与分布 191

4.8.1 测量自由度 192

4.8.2 测量自由度多少足够 192

4.8.3 测点布置原则 194

4.8.4 测点不合理的影响 195

4.9 模态分析之几何模型 196

4.9.1 几何模型的作用 196

4.9.2 如何生成几何模型 196

4.9.3 测点方向与总体坐标不一致 197

4.9.4 某些测点没有测量数据可用 198

4.10 评价传感器附加质量对模态频率的影响 199

4.10.1 实例说明 199

4.10.2 怎么评价影响 199

4.10.3 传感器移动带来的影响 201

4.11 什么是模态参考点 202

4.11.1 模态参考点的定义 202

4.11.2 怎样选择模态参考点 203

4.11.3 多参考点的好处 204

4.11.4 多参考点的布置原则 204

4.11.5 参考点与驱动点的区别 205

4.11.6 Test.Lab中设置的Reference不一定是模态参考点 205

4.12 模态分析之窗函数 206

4.12.1 激振器法的窗函数 207

4.12.2 锤击法的窗函数 207

4.13 模态测试之数据采集 208

4.13.1 采集的基本步骤 209

4.13.2 预采集 210

4.13.3 正式采集 211

4.14 什么是锤击法 211

4.14.1 SRIT和MRIT 211

4.14.2 移动力锤与移动传感器的区别 212

4.14.3 锤击法的主要步骤 213

4.15 锤击法测试注意事项 214

4.15.1 锤头选择与预触发 214

4.15.2 力谱衰减多少可接受 215

4.15.3 平均 216

4.15.4 锤击手法 216

4.15.5 无泄漏测量 218

4.16 制动盘模态实例 219

4.16.1 什么是重根模态 220

4.16.2 制动盘测量方案 221

4.16.3 制动盘模态分析结果 222

4.16.4 试验模态与计算模态不一致 225

4.17 风机叶片模态实例 225

4.17.1 测试设置 226

4.17.2 模态测点布置 227

4.17.3 模态分析结果 228

4.18 什么是激振器法 231

4.18.1 激振器系统 231

4.18.2 常见的激励信号 232

4.18.3 激振器测量的FRF 232

4.18.4 激振器法的注意事项 232

4.19 常见的各种激励信号 233

4.19.1 各种激励信号介绍 233

4.19.2 各种激励信号对比 238

4.19.3 激励信号的选择 238

4.20 激振器的安装 239

4.20.1 激振器支承方式 239

4.20.2 力传感器的安装 241

4.20.3 激励点的选择 242

4.20.4 顶杆的影响 242

4.21 白车身模态试验注意事项 243

4.21.1 试验工具清单 243

4.21.2 测量准备工作 245

4.21.3 测量建议 246

第5章 实验模态分析 248

5.1 为什么只关心低阶模态 248

5.2 什么是频响函数FRF 250

5.2.1 FRF定义 251

5.2.2 FRF性质 252

5.2.3 FRF形式 252

5.2.4 共振峰与反共振峰 254

5.2.5 单自由度FRF 256

5.2.6 驱动点FRF和跨点FRF 256

5.2.7 为什么有的FRF有反共振峰，有的没有 258

5.2.8 力锤FRF与激振器FRF的区别 258

5.2.9 FRF计算 259

5.2.10 FRF估计类型 260

5.2.11 FRF的影响因素 261

5.3 传递函数、频响函数和传递率的区别 262

5.4 什么是动刚度 266

5.4.1 静刚度 267

5.4.2 单自由度动刚度 267

5.4.3 多自由度动刚度 268

5.4.4 源点动刚度 269

5.4.5 悬置动刚度 269

5.4.6 支架动刚度 270

5.5 节点、节线、节径和节圆 270

5.5.1 节点 270

5.5.2 节线 271

5.5.3 节径与节圆 271

5.6 什么是极点 272

5.6.1 极点的定义 272

5.6.2 极点的类型 274

5.6.3 极点的性质 275

5.6.4 确定极点的方法 275

5.7 什么是模态振型 277

5.7.1 模态中的单自由度系统 277

5.7.2 模态振型的定义 278

5.7.3 模态振型的性质 280

5.7.4 模态振型的缩放方法 280

5.8 实验模态数据分析的一般流程 281

5.8.1 模态数据选择 281

5.8.2 确定分析频带 282

5.8.3 确定系统极点 282

5.8.4 计算模态振型 284

5.8.5 结果验证 285

5.9 什么是模态截断 285

5.9.1 模态叠加计算响应 286

5.9.2 结构动力学修改SDM 287

5.9.3 模态贡献量分析 287

5.10 什么是曲线拟合 288

5.10.1 为什么要进行曲线拟合 288

5.10.2 什么是曲线拟合 290

5.11 各种常见的曲线拟合方法 291

5.11.1 时域拟合与频域拟合 291

5.11.2 单自由度拟合与多自由度拟合 292

5.11.3 局部拟合与整体拟合 293

5.12 什么是稳态图 294

5.12.1 稳态图的定义 294

5.12.2 稳态图的计算过程 294

5.12.3 残余项对稳态图的影响 296

5.13 各种常见的模态指示函数 298

5.13.1 SUM函数 299

5.13.2 MIF函数和MMIF函数 300

5.13.3 CMIF函数 301

5.14 什么是模态验证 302

5.14.1 振型动画验证 302

5.14.2 FRF综合 302

5.14.3 MAC 303

5.14.4 模态参与 305

5.14.5 模态相位共线性 306

5.14.6 其他验证参数 306

5.15 试验模态与计算模态的区别与联系 306

5.15.1 自由度的区别 307

5.15.2 几何模型的区别 307

5.15.3 求解理论的区别 308

5.15.4 其他方面的区别 310

5.15.5 二者怎么对比 310

5.15.6 二者的关联性 312

后记 314

参考文献 319