《汽车振动分析与测试技术》教学大纲

 

   课程类别：专业教育课程                  课程名称：汽车振动分析与测试技术

   开课单位：能源动力工程学院             课程编号：Z03160107

   课程性质：必修

总学时：32                            学    分：2

   适用专业：车辆工程

   先修课程：高等数学、线性代数、材料力学、理论力学

大纲编写（修订时间）：2019年3月

 

   一、课程在教学计划中的地位和作用

《汽车振动分析与测试技术》课程是车辆工程专业的一门重要的专业教育课程，为解决现代许多科学技术和工程实际问题中的振动和动态问题提供理论依据。本课程以汽车简化振动模型和实际行驶振动模型，要求学生掌握线性系统微幅振动的基本概念和基本理论；掌握汽车振动系统的分析方法；掌握汽车振动特性试验测试的基本方法。通过本课程的学习，为其它相关课程奠定坚实的理论基础，而且可以培养学生解决实际工程问题的能力。

 

二、课程目标

1、能够掌握汽车振动的基本概念和基本原理，可以描述汽车振动现象的基本规律，分析汽车系统的振动问题；（支撑毕业要求1）

2、能够运用所学的力学原理在以汽车简化振动模型基础上建立相应的数学模型，并应用数学知识求解数学模型，从而具有将振动问题归结为数学问题的典型的力学方法的能力；（支撑毕业要求2）

3、能够运用测试与分析的操作技能、技术方案和仪器设备，掌握汽车振动特性试验测试与分析的基本方法，对汽车振动进行理论和模拟分析；（支撑毕业要求5）

 

三、基本要求

1、本课程为专业必修课，要求先修高等数学、线性代数、理论力学、材料力学等课程。在教学中注重基础知识、基本概念、基本理论和分析方法的传授，同时应用启发式的教学方法，使学生掌握有关机械振动与控制工程的一些基本原理和研究方法，以培养解决工程问题的分析能力。

2、在教学过程中应注重从工程观点来学习、理解及应用相应的基础知识、基本概念和思维方法，将学生从只关注数学计算转移到工程问题的理解和应用上。

3、学生学会对机械系统的幅频特性和相频特性进行分析。通过实验环节巩固所学内容，将机械系统的建模、分析与工程实际相联系，利于学生自主、创新地学习。

4、学生能够掌握汽车振动测试仪器和设备，熟悉汽车振动参量测量及试验方法，从而掌握汽车振动测试技术的基础知识。

 

四、教学内容和教学方法

本课程重点讲授得内容包括：介绍单自由度系统、两自由度系统和多自由度系统的振动理论，分析机械系统的振动特性，从而为振动控制工程打下坚实的基础。

深度和广度说明：

在深度上要学会运用数学知识和力学的方法分析和解决机械振动系统的振动和控制问题。在广度上要结合现有的条件进行教学和实践，使学生能用已经学习的振动理论分析机械系统的振动特性，从而为更好地控制机械系统的振动问题打下坚实的基础。学生掌握汽车振动测试技术的基础知识，并能够进行汽车室内振动特性模拟试验。

 

第 1 章 振动基本概念（4学时）

1.1 了解振动系统组成要素及等效参数

1.2 理解振动的分类（重点）

1.3 掌握振动方程建立及响应的求解（重点、难点）

1.4 掌握车辆振动简化模型（重点）

第 2 章 单自由度振动（6学时）

2.1 掌握单自由度振动系统的自由振动（重点、难点）

2.2 掌握单自由度振动系统的强迫振动（重点、难点）

2.3 理解振动隔离（难点）

第 3 章 二自由度振动（4学时）

3.1 掌握二自由度自由振动（重点、难点）

3.2 掌握二自由度强迫振动（重点、难点）

3.3了解路面激励下的强迫振动

第 4 章 多自由度振动（2学时）

4.1 掌握多自由度系统振动微分方程（重点）

4.2 掌握多自由度振动系统的固有特性（重点）

4.3 掌握多自由度无阻尼振动系统的模态分析（重点、难点）

4.4 理解多自由度无阻尼振动系统的响应计算（难点）

4.5 了解多自由度有阻尼振动系统的实模态分析

第 5 章 固有特性近似计算方法（4学时）

5.1 掌握矩阵迭代法（重点）

5.2 理解子空间迭代法（难点）

5.3 掌握瑞利能量法和邓克莱法（重点、难点）

5.4 理解传递矩阵法（难点）

第 9 章 车辆行驶振动（4学时）

9.1 掌握路面不平度及其功率谱（重点、难点）

9.2 理解车辆振动性能的评价（难点）

9.3 掌握单轮车辆模型（重点、难点）

第10章 MATLAB及在汽车振动分析中的应用（4学时）

10.1 掌握MATLAB软件及其特点（重点）

10.2 掌握MATLAB语言程序设计（重点、难点）

10.3 理解MATLAB在汽车振动分析中的应用实例（难点）

第11章 汽车振动测试（4学时）

11.1掌握振动测试技术基础（重点）

11.2 了解汽车振动测试仪器和设备

11.3 掌握汽车振动参量测量及试验方法（重点、难点）

11.4 理解整车室内振动特性模拟试验（难点）

 

教学方法

1、利用计算机辅助教学形式进行讲授，辅以重要知识点的板书推导与分析，引导学生理解分析思路；

2、讲授过程中注重工程实例分析，使学生运用数学工具和力学原理分析工程问题。

3、理论讲授和作业中穿插MATLAB计算机分析知识和应用的介绍，利用软件分析振动系统的振动特性，包括幅频特性和相频特性，从而帮助理解振动控制的相关理论和分析方法。

 

五、实验内容

实训环节为本课程的实践环节之一，由计算机仿真实验室实验教师和授课教师协作完成。学生应通过实验，掌握分析单自由度系统和多自由度系统的振动特性，获得实验结果并进行振动分析的能力。

实验时严格要求学生，使每个学生有动手得机会，每组人数不能过多，实验后学生应该认真书写实验报告，实验成绩为评定学生成绩的一部分。

 

实验一  单自由度系统数值模拟

内容：了解单自由度系统强迫振动的基本理论，掌握单自由度系统振动的基本规律，学生利用仿真软件分析单自由度系统的振动特性。

基本要求：

1、能够熟练掌握强迫振动特性和求解方法；

2、能够掌握强迫振动系统的计算机模拟仿真方法。

实验二  两自由度系统数值模拟

内容：了解两自由度系统强迫振动的的基本理论，掌握两自由度系统振动的基本规律，学生利用仿真软件分析两自由度系统的振动特性。

基本要求

1、能够熟练掌握两自由度系统的分析和求解方法；

2、能够掌握两自由度系统计算机求解和表达方法。

 

六、学时分配：

 

七、课程目标达成评价的途径和措施

1、考核方式：课堂提问、点名、作业、实验和期末考试。

 2、考核目标：通过本课程的学习，使学生系统地掌握有关汽车振动的一些基本原理和研究方法，并初步具有分析和解决一些汽车振动工程问题的能力。

3、成绩构成：

各环节成绩评定占比%

 

八、教材、补充教材及参考资料

       [1]周长城.汽车振动分析与测试.北京：北京大学出版社，2011

[2] 程耀东，李培玉．机械振动学．浙江：浙江大学出版社，2009

   [3] 过永德．机械振动基础．北京：兵器工业出版社，1992

   [4] 闻邦椿，刘树英，张纯宇．机械振动学．北京：冶金工业出版社，2000

   [5] 张义民．机械振动．北京：清华大学出版社，2007

   [6]陈南．《汽车振动与噪声控制》．北京：人民交通出版社，2005

 

九、课程目标对毕业要求的支撑

注：

目标1：能够掌握汽车振动的基本概念和基本原理，可以描述汽车振动现象的基本规律，分析汽车系统的振动问题；（支撑毕业要求1）

目标2：能够运用所学的力学原理在以汽车简化振动模型基础上建立相应的数学模型，并应用数学知识求解数学模型，从而具有将振动问题归结为数学问题的典型的力学方法的能力；（支撑毕业要求2）

目标3：能够运用测试与分析的操作技能、技术方案和仪器设备，掌握汽车振动特性试验测试与分析的基本方法，对汽车振动进行理论和模拟分析；（支撑毕业要求5）

十、课程目标达成评价

各环节对课程目标达成评价所使用到的权重占比分配

采用达成值计算法，辅以对学生的问卷调查法。

达成值计算法结合上表权重分配，采用下表进行计算。大于0.60为达成。

单一课程目标达成度评价采用下式：

总的课程目标达成度评价采用下式：

以上公式中：

k表示不同的评价方式，i表示不同的课程目标。

表示第k中评价方式期末评价成绩平均分，均为百分制；

是第k种评价方式通过第i个课程目标反应在总的课程目标评分占比；

表示第k种评价方式对第i个课程目标百分占比；

表示第i个课程目标在课程总评价中的占比。

 

十一、课程目标达成评价结果用于持续改进

课程目标达成评价结果将用于后续教学过程的持续改进。

针对课程目标达成评价中发现的问题与不足，在本次授课总结中应由授课教师分析具体原因，并给出改进建议。后续任课教师应当针对以前的问题和建议，在授课计划中做好落实改进计划，并在授课计划中予以落实。