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本书采用通俗易懂的语言介绍了旋转机械NVH和TPA分析实践所需的基础知识。书中内容从基本概念出发，侧重实际工程问题与相关理论，详述了NVH分析方法与应用对象、按照“源路径接收者”模型处理NVH问题的TPA分析方法等内容。本书可以帮助从事旋转机械NVH和TPA分析的试验人员掌握试验方法，找到试验过程中相关问题的解决方案，深入理解试验背后的原理；也可以帮助仿真人员在了解旋转机械NVH和TPA分析理论的同时，深入了解试验原理与方法。本书可以作为机械制造、汽车、航空航天、土木工程、石油化工、海洋工程、船舶、家电等领域的工程技术人员和科研工作者开展NVH工作的参考书，也可以作为高等院校相关专业学生学习旋转机械NVH和TPA分析的教材。 關於作者： [美]彼得·阿维塔比莱（Peter Avitabile） 谭祥军 钱小 目錄： ”译者序 前言 第一部分使用频响函数方法的实验模态分析概述 第1章实验模态分析介绍：非数学角度的简单概述 11你能为我解释模态分析吗？ 12什么样的测量称为FRF？ 13锤击测试和激振器测试有什么不同？ 14锤击测试最需要考虑什么？ 15激振器测试最需要考虑什么？ 16请告诉我窗函数的更多方面，它们似乎相当重要！ 17从平板的FRF怎样得到模态振型？ 18模态数据和工作数据 181什么是工作数据？ 182什么是好的模态数据？ 183采集模态数据还是工作数据？ 19总结 第2章实验模态分析的一般理论 21引言 22基本模态分析理论——SDOF 221单自由度系统方程 222简谐激励下的单自由度系统响应 223单自由度系统的阻尼估计 224阻尼变化下的响应评估 225单自由度系统的拉普拉斯域方法 226系统传递函数 227传递函数的不同形式 228单自由度系统的留数 229单自由度系统的频响函数 2210单自由度系统的传递函数、频响函数、S平面 2211单自由度系统频响函数的控制区域 2212频响函数的不同形式 2213复数频响函数 23基本模态分析理论——MDOF 231多自由度系统方程 232多自由度系统的拉氏域 233频响函数 234从频响函数中得到模态振型 235点到点的频响函数 236正弦激励下的多自由度系统响应 237实例：三个测量自由度的悬臂梁 238时域、频域和模态域总结 239使用模态叠加计算强迫响应 24总结 模态试验实用技术实践者指南 目录第3章与实验模态分析相关的信号处理和测量方法 31引言 32时域和频域 33数据采集的一些通用信息 34时域信号数字化 35量化 351ADC欠载 352ADC过载 36AC耦合 37采样定理 38混叠 39什么是傅里叶变换？ 391傅里叶变换和离散傅里叶变换 392FFT：周期信号 393FFT：非周期信号 310泄漏和最小化泄漏 311窗函数和泄漏 3111矩形窗 3112汉宁窗 3113平顶窗 3114比较窗函数可能的最严重泄漏失真情况 3115比较矩形窗、汉宁窗和平顶窗 3116力窗 3117指数窗 3118窗函数的频域卷积 312频响函数公式 313典型的测量 3131时域信号和自功率谱 3132典型测量：互功率谱 3133典型测量：频响函数 3134典型测量：相干函数 314时域和频域的关系定义 315带噪声的输入输出模型 3151H1估计：只有输出有噪声 3152H2估计：只有输出有噪声 3153H1估计：只有输入有噪声 3154H2估计：只有输入有噪声 316总结 第4章激励技术 41引言 42锤击激励技术 421力锤 422力锤锤头选择 423锤击激励有效频率范围 424锤击激励的力窗 425预触发延迟 426二次连击 427锤击的响应 428移动力锤与固定力锤的对比和互易性 429锤击测试：一组测量实例 43激振器激励 431模态激振器设置 432激振器激励技术的发展 433正弦扫频激励 434纯随机激励 435加窗的纯随机激励 436纯随机激励重叠处理 437伪随机激励 438周期随机激励 439猝发随机激励 4310正弦快扫激励 4311数字步进正弦激励 44通过焊接结构对比不同的激励 441不加窗的随机激励 442加汉宁窗的随机激励 443不加窗的猝发随机激励 444不加窗的正弦快扫激励 445比较随机激励、猝发随机和正弦快扫 446比较共振峰处的随机激励和猝发随机 447使用正弦快扫做线性检查 45多输入多输出测量 451对比多输入和单输入测试（一） 452焊接件的多输入和单输入对比（一） 453对比多输入和单输入测试（二） 454焊接件的多输入和单输入对比（二） 455多部件结构的MIMO测量 46总结 第5章模态参数估计技术 51引言 52实验模态分析 521数据的最小二乘近似 522模态参数估计方法分类 53模态参数提取 531峰值拾取技术 532圆拟合——Kenedy和Pancu 533SDOF多项式 534带外模态的残余影响 535MDOF多项式 536最小二乘复指数法 537时域和频域估计的高级形式 538通用的时域技术 539通用的频域技术 5310时域和频域表示的一般考虑因素 5311模态参数估计的其他方面 5312模态参数估计的两个步骤 54模态识别工具 541集总函数 542模态指示函数 543复模态指示函数 544稳态图 545PolyMAX 55模态模型验证工具 551使用提取的参数综合频响函数 552模态置信准则 553模态参与因子 554模态超复杂性 555平均相位共线性和平均相位偏差 56工作模态分析 57总结 第二部分试验模态测试实践中的注意事项 第6章试验设置的注意事项 61测试方案 62需要多少阶模态？ 63感兴趣的频率范围 64可能的传感器 65测试配置 66需要多少测点？ 67激励技术 68需要考虑的杂” \第2版序言 第1版序言 自序 前言 致谢 绪论什么是NVH 第1章工程噪声基础 1.1什么是声波 1.1.1声波的定义 1.1.2声波的描述参数 1.1.3描述声波的基本物理量 1.1.4声波的传播特性 1.2什么是声音 1.2.1什么是纯音 1.2.2声音的频率成分 1.2.3空气声与结构声 1.2.4声音的传播路径 1.2.5怎么评价声音 1.3什么是声场 1.3.1声场的定义 1.3.2声波的叠加 1.3.3近场与远场 1.3.4自由场与消声室 1.3.5混响场与混响室 1.4什么是声压级 1.4.1声压级的定义 1.4.2为何基准是20μPa 1.4.3声压级的计算 1.4.4灵敏度对声压级的影响 1.5什么是分贝（dB） 1.5.1分贝的定义 1.5.2声音大小 1.5.3dB的性质 1.5.4-3dB 1.5.5dBA 1.5.6dB叠加 1.6有趣的分贝公式 1.6.1相关的正弦声源 1.6.2不相关的正弦声源 1.6.3随机声源 1.6.4叠加原则小结 1.7什么是倍频程 1.7.1倍频程的定义 1.7.2怎么计算中心频率 1.7.3倍频程标准中心频率 1.7.4倍频程的计算 1.8什么是声学计权 1.8.1为什么要使用计权 1.8.2频率计权 1.8.3时间计权 1.9细说传声器 1.9.1传声器构造 1.9.2常见的传声器类型 1.9.3性能指标 1.9.4声场应用类型 1.9.5测量传声器附件 1.9.6怎样选择传声器 1.10传声器测量的声音与人耳听到的声音不一样 1.10.1障碍物对流场的影响 1.10.2影响两者不一致的原因 1.10.3两者的联系 1.11白噪声与粉红噪声 1.11.1白噪声的定义 1.11.2粉红噪声的定义 1.11.3两者的差异 1.11.4应用场合 1.12什么是声强 1.12.1声强的定义 1.12.2声强探头的构造 1.12.3声强的测量原理 1.12.4声强的应用 113什么是声功率 1131声功率的定义 1132为什么要测量声功率 1133三个参数之间的关系 1134声功率测量方法 1135测量方法的差异 114基于声压法的声功率测量 1141自由场法 1142混响室法 1143标准声源法 1144现场测量法 1145声压法测量标准 115基于声强法的声功率测量 1151基本原理 1152离散点法 1153扫描法 1154测量方法的差异 116基于声强法的声功率测量 实例 117声音的共振模态 1171声波的驻波现象 1172管道中的传播 1173房间的共振模态 1174模态频率的通用计算公式 1175声音共振模态的特点 第2章工程振动相关知识 21什么是机械振动 211基本概念 212振动的分类 213“输入振动系统输出”模型 214振动要解决的问题 22什么是固有频率 221固有频率的定义 222影响因素 223为什么存在多阶固有频率 224基频和主频 225固有频率与共振频率的 区别与联系 226激励频率离固有频率多远可 避免共振 227固有频率测量 23为什么只关心低阶固有频率或 模态 24评价传感器附加质量对模态 频率的影响 241实例说明 242怎么评价影响 243传感器移动带来的影响 25什么是频响函数FRF 251FRF定义 252FRF性质 253FRF形式 254共振峰与反共振峰 255单自由度FRF 256驱动点FRF和跨点FRF 257为什么有的FRF有反共振峰， 有的没有 258力锤FRF与激振器FRF的 区别 259FRF计算 2510FRF估计类型 2511FRF的影响因素 26FRF先出现共振峰还是 反共振峰 261共振峰，反共振峰谁先出现 262这样的先后顺序是怎样形成的 263反共振峰的物理意义 264影响反共振峰的因素 27传递函数、频响函数和传递率的 区别 28什么是动刚度 281静刚度 282单自由度系统的动刚度 283多自由度系统的动刚度 284源点动刚度 285悬置动刚度 286支架动刚度 第3章振动噪声信号采集 31振动传感器怎样选型 311传感器分类 312常见加速度计类型 313选型指标 314选型原则 32传感器怎样安装才能满足测试 要求 321安装位置 322安装要求 33信号AC和DC的区别 331AC定义和DC定义 332AC耦合和DC耦合 333怎样选择耦合方式 334趋势项 335扭振信号 34采样频率多大才不会使信号幅值 明显失真 35采样频率2倍和256倍的 区别 351混叠 352抗混叠滤波器 353为什么要用256倍 36AD位数对信号幅值的影响 361量化 362量化误差 363减小量化误差的方法 37采样过程中存在的误差 371潜在的结构问题 372传感器引入噪声 373接地循环噪声 374导线噪声 375信号调理噪声 376滤波器噪声 377ADC误差 378本底噪声 379计算误差 38如何实现高质量的信号采集 381数据采集的目的 382测量链的组成 383影响测量的因素 384测量前的准备工作 385采样参数设置 386现场测试 387如何判断信号 39细说动态范围的各种定义 第4章振动噪声信号处理 41DSP基本名词术语及关系 411时域名词术语 412频域名词术语 413各名词术语之间的关系 42 內容試閱： ”这是一本关于试验模态分析的书。当然，关于这个主题，市面上有许多其他教材，但这本书不同于那些教材。那些教材包含了模态研究人员或这方面的博士生期待的大量理论知识，但从实用角度来讲，模态试验人员不需要这些深厚的理论基础，他们更希望得到执行日常模态测试和从测量数据中开发一个模型所需要的一些关键信息。 本书是为各类新手、管理人员、工程师和工程技术人员而写的，适合于：  需要具备一些基础知识进行模态测试的新手们。  未涉及实验动力学测试的工程师。  需要做一些测试但又没有人指导的研究生。  具有模态试验任务的小公司里的工程师。  经验丰富的模态测试工程师晋升为管理者或者退休，需要承担他们之前工作的其他工程师。  需要理解模态基础知识，以便为重要的模态项目寻求资金支持的管理人员。  需要撰写测试方案、开展测试以及从获得的数据中提取有用的信息的工程师。  需要采集有用的数据开发模型的工程技术人员。  为了提供用于评估系统、理解动态特性和解决复杂的结构动力学问题的模型，需要理解每一步都要做什么的所有人。 虽然本书并不是为了给那些精通模态分析的人留下深刻印象，但是如果他们从来没有在实验室环境中工作过，并且只开发了解决这些问题的理论方法，那么这些人会在本书中找到关于模态测试非常实用的信息。本书同样适合于做研究的博士生，他们的研究课题需要开发实验结构动力学模型，他们并不直接专注于实验模态分析，而他们的导师又不熟悉模态分析，但他们的确需要有意义的测量，使他们不至于陷入复杂的实验模态分析中去。 本书也可以作为本科生的课堂教材，给他们介绍进行实验模态测试的基本概念。同样可以作为研究生结构动力学课程中与实验相关的教材，或者作为振动课程的补充。本书材料丰富，便于高年级本科生或低年级研究生进行实验模态分析学习时参考。 本书原本专注于实验模态分析的实践方面，但为了说明实验模态测试的某些方法论，以及这些方法的理论基础来源，本书也有少量的理论描述部分。但多数情况下，只给出了相应理论（或者是一些推导的最终公式），因为本书不是要描述理论的详细细节，而是要应用这些理论去解决现实问题。在振动领域，市面上有大量的好教材，但很少有教材包含本书中的内容。市面上也有许多实验模态分析的教材，但它们包含了太多的理论，都假设现实的测试很简单或很直观。 早在20世纪90年代末，实验力学学会下属的Experimental Techniques(《实验技术》）杂志连载了“模态空间——回归基础”的系列文章，这个系列持续连载了17年。这个系列解决了实验模态分析测试人员经常会遇到的各类简单的问题。这些文章长度从没有超过两页，介绍了实验模态分析的各类主题。这些文章是一篇一篇发布的，之所以这样做，是因为这些材料来源于每年的行业模态研讨会、模态教学和在这个领域工作20多年中收到的许多有关模态问题的邮件。本书将之前所有的那些材料放置在一起形成了一个更加完整的知识体系。 模态试验实用技术实践者指南 前言因此，本书分为两大部分，第一部分更多地介绍传统的计算模态与实验模态分析相关的理论知识，第二部分主要介绍了与实验模态分析相关的实践问题，之后的附录介绍了一些实用信息。第1章是对整个实验模态测试的简单概述，这对于从事模态分析的新人来说是非常有帮助的。第2章从物理空间、模态空间、拉氏域和频域描述了与单自由度系统和多自由度系统相关的理论方程。第3章总结了所有与数字信号处理技术相关的问题，采集数据时需要使用这些数字信号处理技术，同时也描述了与频域数据和干扰相关的采样问题。第4章介绍了当今模态测试常用的激励技术——锤击激励和激振器激励。第5章包含了模态参数估计的一些基本信息。第6章与测试设置有关，贯穿整个模态测试过程。第7章列举了许多与锤击测试相关的实例，锤击测试是传统实验模态测试应用最为广泛的激励技术。第8章进一步讨论了激振器激励技术，以及与执行这类测试相关的问题，也包括多输入多输出测试。第9章提供了采用不同的模态参数提取方法时需要考虑的数据缩减思路。第10章和11章给出了与模态测试相关的各种不同问题，这些问题很难放在之前的章节中，因为它们跨越了多个主题，对于特定的一章来说，放置在哪里都是不合适的。书中同时也有几个附录，给出了一些非常简单的分析模型，这可以帮助展示一些数学处理过程。这些附录提供的信息对模态测试工程师来说是极其有帮助的。最后几个附录给出了一些数据用于模态参数估计，同时也给出了结果。这些数据在本书的网页上提供了通用数据格式，读者可以自行下载，使用自己的软件进行处理，处理后的结果可与书中的结果进行对比。 最后，我在模态分析领域工作这些年里，有太多的人需要感谢。我于20世纪70年代中期参加工作，早期遇到了John O’Callahan和GDudley Shepard，他们当时就读于洛厄尔大学（前洛厄尔理工大学）。John是分析人员，而Dudley是实验人员，他们在马萨诸塞州立大学洛厄尔校区模态分析和控制实验室是一对搭档。我曾以顾问、导师和同事等多种不同的身份与John共事。他的” \NVH是三个英文单词Noise、Vibration和Harshness首字母的缩写，是汽车噪声、振动和舒适性等各项指标的总称。这个名称来源于汽车行业，但其他行业正在慢慢接受它并使用它，所以，在本书中，我们仍用这个名称，而不是使用振动噪声，也不单单指车辆行业的NVH，而是广义的NVH，一切产品的振动噪声问题都属于这个范畴。由于结构振动会产生噪声，进而影响到舒适性，所以当舒适性有问题时，必然存在相应的振动噪声问题。三者在相关行业是同时出现且又密不可分的，因而常把它们放在一起进行研究。当今，产品的NVH性能越来越受到用户的重视，成为影响用户是否购买产品的重要因素之一，因此，各行各业在产品的研发阶段都非常注重NVH。从NVH分析手段来说，包括分析产品的基本NVH表现（基本的振动噪声评价）、模态分析、TPA（传递路径）分析和噪声源定位等方法。评价产品的NVH表现通常是指产品在其工作状态下评价其振动与噪声水平：振动噪声是否超标、是否有异响、是否符合相应的法规要求等。模态测试分析可以帮助用户评价现有结构的动态特性、控制结构的辐射噪声、降低产品的噪声水平、找到振动噪声产生的根源，以及进行结构动力学修改、产品优化设计、验证有限元模型、提高数字模型的精度等。通过模态分析，用户可以深入了解产品的动力学特性，使得系统动力学设计对产品开发决策带来积极的影响。用户也可以使用模态分析的结果来检测产品的变化或损坏，以便及时采取优化对策。按“输入振动系统响应”模型（也称为“源路径接收者”）来分类，评价产品的NVH性能主要是对响应进行分析，而模态分析则是分析振动系统的固有属性。阅读对象本书主要面向NVH的初级和中级人员，同时也为NVH高级人员提供有价值的参考。不管读者是试验NVH人员还是仿真NVH人员，本书都能为读者提供借鉴。所以本书既是入门参考书，也是建立全面知识体系的高级参考书。 初级人员：通过对本书的学习与实践，了解NVH基本概念与方法。 中级人员：在对NVH已有一定认识的基础上，通过对本书的学习可以加深理解与认识。 高级人员：通过全面系统的学习，能进一步建立自己的NVH知识体系。 试验人员：在本书可以找到很多试验过程中碰到的问题与解决方案，明白试验方法与深入理解试验背后的原理。 仿真人员：试验与仿真是产品研发过程中两种不同的方法，两者经常需要对标，因此，在本书中仿真人员除了可以找到NVH理论之外，还可深入了解试验原理与方法，对工作有极大的帮助。本书可以作为机械制造、汽车、航天航空、土木工程、石油化工、海洋工程、船舶、家电等领域的工程技术人员和科研工作者从事NVH工作的参考书，也可以作为理工院校师生学习NVH的教材。主要特色 本书最大特色是使用通俗易懂的语言来描述NVH实践所需的基础知识，极少使用繁琐的数学公式，这样更方便读者理解与应用。 本书是作者自身长期NVH工作经验与总结的分享，因此，实用性更强。 本书内容从实际应用出发，侧重于实际工程问题与常用基本操作，即使读者是NVH初学者，也可轻松、准确地掌握NVH基本概念与方法，快速提升NVH工程实践能力。 本书理论知识点紧扣实践关键环节，既有理论介绍，又有典型工程实例，更方便读者加深理解。 本书每个知识点都会扩展介绍这个知识点的相关方面，更进一步深化并丰富NVH知识体系。 本书采用问答形式介绍NVH知识，因此，在阅读时或作为参考时，能方便快捷地找到想要的知识点。主要内容全书共分为六章，内容包括工程噪声基础、工程振动相关知识、振动噪声信号采集、振动噪声信号处理、试验模态测试与试验模态分析。绪论：对NVH的定义、工作内容、方法与手段做了介绍，方便初学者对NVH有一个初步的认识。第1章：工程噪声基础，偏向于噪声测量方面的基础知识。第2章：工程振动相关知识，介绍了振动要解决的问题，以及固有频率、FRF、动刚度等相关知识。第3章：振动噪声信号采集，就信号测试链中的各个环节进行讲解，包括传感器、导线、信号调理、抗混叠滤波器、ADC等方面。确保采集到的信号包含所需要的完整准确信息。第4章：振动噪声信号处理，从信号中提取有用的信息是信号处理的最终目的，这些信息可以帮助工程人员进行工程决策，解决实际工程问题，因此，正确地进行信号处理是前提。这章主要介绍信号处理中可能会遇到的各个环节。第5章：试验模态测试，试验模态测试分为锤击法和激振器法。本章主要介绍试验模态测试过程中的边界条件、测点分布、激励方式、参考点选择等内容。第6章：试验模态分析，获得精确的模态参数是模态分析的目的，但是在模态分析过程中有诸多因素导致产生错误的结果，因此，本章主要介绍模态分析过程中遇到的问题与细节。由于作者水平有限，难免会有错误出现，真诚欢迎广大读者批评指正，提出宝贵意见。作者的邮箱为linmue@qqcom。 致谢在撰写本书的过程中，得到了许多同行的鼓励与帮助。国家“千人计划”专家、北京“海聚工程”专家、北汽福田乘用车设计院总工程师曾宪棣博士提出了宝贵的意见并作了序。北京科技大学范让林教授对本书提出了宝贵的建议。在此，我对他们表示真挚的感谢！另外，

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