航空发动机强度与振动课程教学大纲-上海交通大学航空航天学院
32《机械振动基础》课程教学大纲
《机械振动基础》课程教学大纲一．课程基本信息开课单位：船舶与海洋工程学院课程编号： 01060005b英文名称：Theory of Mechanical Vibration with Applications学时：总计32学时，其中理论授课28学时，实验4学时学分：2.0学分面向对象：机械电子工程、机械设计制造及其自动化专业先修课程：理论力学、材料力学、机械原理、机械设计基础教材：《机械振动与噪声学》，赵玫等编著，科学出版社，2004年9月，第1 版主要教学参考书目或资料：1.《噪声与振动控制技术基础》，盛美萍等编著，科学出版社，2003年9月，第 1 版2.《机械振动控制基础》，李晓雷编著，北京理工大学出版社，2005年9月，第 1 版3.《噪声与振动控制工程手册》，马大猷编著，机械工业出版社，2002年9月，第 1 版4.《动力机械振动与噪声学》，陈端石编著，上海交通大学出版社，2002年8月，第 3 版二．教学目的和任务随着动力机械制造技术的不断发展，人们对动力机械性能的要求越来越高，而振动噪声作为动力机械的一项性能指标，逐步受到人们的关注和重视，所以对动力机械振动噪声的控制具有十分重要的意义。
噪声污染是严重的环境污染之一，随着现代工业化程度的不断提高，噪声污染也日益加剧，严重影响广大人民群众的身心健康，因此噪声控制已经成为环境保护的一项重要内容。
振动是产生噪声的主要原因，因此振动控制不仅可以保护仪器设备和人员不受振动危害，而且采用减振隔振措施也可以有效地控制噪声污染。
本课程作为一门专业课程，其教学目的与任务是通过学习振动噪声的基本理论，使学生掌握振动噪声控制的基本知识，并受到基本技能的训练，为学生以后解决生产实际问题和从事科学研究工作打下理论基础。
学生学完本课程后，应能牢固地掌握振动噪声控制的基本原则和主要途径，初步具有把实际问题抽象为理论模型，并运用所学理论知识来分析和解决实际问题的能力，此外还应学会有关的实验方法和技能。
航空发动机构造及强度课程实验指导书
航空发动机构造及强度课程实验指导书艾延廷赵永健编沈阳航空工业学院2006 年 6 月前言航空发动机构造及强度是飞行器动力工程专业的骨干专业课程，主要讲授航空发动机主要部件及典型结构，讲授整机及叶片、轮盘等部件的强度振动分析和计算方法，最后讲授航空发动机转子临界转速，航空发动机结构完整性等方面的内容。
轮盘和叶片是航空发动机中的典型部件和零件，研究轮盘应力分布规律、叶片振动振型及固有频率等参数的测量和分析，是航空发动机设计、研制中的关键技术，因此本课程开设“旋转圆盘应力实验”和“叶片振动应力测试实验”两个实验具有代表性，对有关课程的学习具有较好的支撑作用。
本实验指导书是配合该课程实验而编写的。
“旋转圆盘应力实验”是必做实验。
实验的目的是测出等厚、等温、空心、无外载的圆盘旋转时的径向及周向应力沿半径的分布规律，并与计算结果对比分析。
通过实验使学生掌握旋转件应力测试及分析方法；学会使用旋转圆盘应力实验的设备及仪器。
“叶片振动应力测试实验”是综合型、必做实验。
内容为测量并分析等截面叶片弯曲振动及扭转振动的自振频率、振型；验证固有频率计算理论。
该实验的目的是使学生加强对叶片振动理论的理解；掌握叶片振动实验的激振和拾振方法，学会使用李沙育图形法判断叶片共振状态的方法。
通过该实验可使学生进一步理解叶片振动理论，掌握叶片振动的实验研究方法。
本课程实验要求学生进行实验预习，预先掌握INV306D(M)智能信号采集处理分析仪的使用方法，认真回答实验思考题。
目录实验1 旋转圆盘应力实验 (1)1. 实验目的 ............................................................................................................................ 1`2. 实验原理 (1)3. 实验仪器设备 (3)4. 实验步骤 (4)5. 思考题 (4)6. 实验报告要求 (4)实验2 叶片振动应力测试实验 (7)1. 实验目的 (7)2. 实验原理 (7)3. 实验仪器设备 (10)4. 实验步骤 (11)5. 思考题 (13)6. 实验报告要求 (13)实验1 旋转圆盘应力实验1. 实验目的（1） 了解旋转圆盘应力实验的设备和方法，掌握应用电阻应变片测量旋转圆盘离心应力的实验原理和实验技术。
机械振动教学大纲
《机械振动》教学大纲一、课程基本信息二、课程目的和任务《机械振动》是理论与应用力学等力学类本科专业必修的专业课程，同时也是机械、土建等工程学科本科和研究生培养的一门专业基础课程。
《机械振动》是一门系统地研究自然界和工程技术领域中振动现象的产生机理、运动规律、描述和控制方法的科学。
本课程教学应立足于加强学生的振动力学基础理论素养和相关基本技能培养，并着眼于拓宽学生的相关工程背景，提高科学建模能力，为今后学生能够创造性的从事相关理论研究或工程技术实践奠定必要的基础。
三、本课程与其它课程的关系本课程学习所需的主要选修课程为微分方程、矩阵理论、概率与统计、理论力学、材料力学等一系列数学、力学基础课程。
本课程教学应紧密结合相关的实验力学教学共同完成。
通过本课程的学习，为学生完成相关毕业设计课题奠定必备的基础。
四、教学内容、重点、教学进度、学时分配第一章绪论（2学时）1、主要内容机械振动的概念、振动理论研究体系、振动系统分类、简谐振动以及振动发展历史概述（选）2、本章重点机械振动的概念，振动理论研究体系，简谐振动3、本章难点振动系统分类4、教学要求从工程实践方面介绍广泛存在的振动现象，概括其特点和共同性，由此给出机械振动的科学概念。
指出振动理论的研究体系，分类的方法及振动力学的发展历史与现状，特别是指出振动力学在工程中的应用前景和应用价值；介绍相关参考书，提示学生在今后的学习中，从全书观点逐步理解分类的系统性。
第二章单自由度系统的自由振动（10学时）1、主要内容单自由度系统的无阻尼自由振动、等效质量与等效刚度、等效黏性阻尼和有阻尼自由振动。
2、本章重点建立振动微分方程、固有频率和振型、阻尼比、幅频和相频曲线与共振。
3、本章难点建立微分方程、固有频率、振幅减缩率和阻尼比。
4、教学要求介绍单自由度振动系统的工程实际背景，给出描述这一自然现象的力学模型，通过牛顿法和拉氏法建立数学模型及其简化理由和适用条件。
给出固有频率、阻尼特性及它们在自由振动中的物理意义，着重讲解幅频特性、相频特性曲线的物理意义及其在工程设计、控制中的重要作用。
发动机原理_叶片振动
Structural Stressing and Vibration in Aircraft Gas Turbine Engines
第三章 叶片振动 Chapter 3 Blade Vibrations
能源与动力工程学院 School of Energy and Power Engineering
C3＝C4＝0满足上式，为平凡解；非零解的条件为
shal sin al chal cos al chal cos al shal sin al 0
6/15/2014 10:57:40 PM School of Energy and Power Engineering 19
强迫振动—共振(Resonance) 高循环疲劳(High Cycle Fatigue, HCF) 颤振(Flutter) 低/高循环疲劳(Low Cycle Fatigue, LCF) 旋转失速 随机振动
School of Energy and Power Engineering 4
200
5064
约为：5000m/s
6/15/2014 10:57:40 PM
School of Energy and Power Engineering
23
典型叶片自然频率值
梁 频率方程
1 chal cos al 0
1 chal cos al 0
基频
3.515 EI 1 2 A l
3.2.1 基本方程
实际叶片都是有扭向的变截面叶片，两端边界条件也比 较复杂。为此首先讨论无扭向等截面悬臂梁 ( 根部固装 的叶片)，目的是找出叶片振动的基本规律和特征。 假设 细长梁--梁的截面尺寸远小于梁的长度； 纯弯 -- 振动只发生在一个平面内，仅有关于最小惯性 轴的弯曲变形，没有扭转变形； 不考虑剪力对变形的影响；
航空发动机结构与强度课程设计思考论文（最终五篇）
航空发动机结构与强度课程设计思考论文（最终五篇）第一篇：航空发动机结构与强度课程设计思考论文一、航空发动机构造与强度课程设计的作用对于飞行器动力工程的学生，航空发动机构造与强度的课程设计显得尤为重要。
课程设计的重要性主要体现在航空发动机构造和强度课程的特点。
实践性是航空发动机构造与强度课程最显著的特点。
本课程研究的是实际发动机的结构及其强度，从表面上看，内容简单、易懂，理论性、系统性不强。
但是要学生自己分析，则往往无从下手，特别是碰到实际的结构分析、结构设计更是束手无策。
因此，通过课程设计这个教学环节，完成航空发动机某一结构的设计，起到加深对课堂教学内容的理解，实现理论向实践的转化，巩固理论知识的重要作用。
航空发动机构造与强度课程的第二个重要特点是多学科综合的特点。
实际的航空发动机结构是一个容纳多学科的、相互渗透的、具体的统一体，一个发动机具体结构的诞生是多学科综合的结果。
即使一个简单的叶片结构设计都涉及到气体动力学、传热学、弹性力学、疲劳与断裂力学、有限元分析方法等等。
因此本课程的教材涉及的内容多，知识面广，几乎包括了所学过的所有课程。
总体上看显得内容繁杂，没有系统性和规律性。
这给学生的学习带来了困难。
而在完成课程设计的过程中，学生需要综合运用《航空发动机构造》、《航空发动机强度计算》等专业课程以及《弹性力学》、《有限元分析方法》、《机械制图》等专业基础课程的知识，需要查阅国家标准、材料手册等相关资料。
因此，航空发动机构造与强度课程设计作为航空发动机构造与强度课程的后续教学环节，起到了提高学生综合运用相关专业课程的能力、加深对航空发动机构造的与强度认识和理解的重要作用。
综上所述可知，课程设计作为大学实践教学环节的组成部分，是实现理论与实践相结合的重要环节。
而航空发动机构造与强度课程设计，由于航空发动机构造与强度课程的实践性和多学科性的特点，其课程设计对于提高学生的综合运用学科的能力以及加深对课程的认识和理解尤为重要。
航空宇航推进理论与工程学科介绍
航空宇航推进理论与工程学科介绍“航空宇航推进理论与工程”是航空宇航科学与技术一级学科下的二级学科。
该学科涉及热流科学、机械学、电子学以及计算机科学等相关知识，是一个综合性很强的学科，对航空科学与技术具有重要的支撑作用。
该学科是沈阳航空工业学院实力较强且重点发展的主干学科，也是辽宁省高校中独有的学科。
方向一：航空发动机燃烧设计与分析技术研究内容：研究航空发动机及其它动力装置燃烧部件设计、计算和模拟；燃烧室综合性能分析、多学科优化设计；燃烧排放污染物测量和预测；燃烧设计新技术；高效冷却；燃烧物理化学过程；可靠性、经济性、安全性权衡设计；燃烧室设计准则及温度场、浓度场、流场预测等。
现有条件：2003年底利用中央与地方共建资金230余万元建成“综合燃油激光雾化测量分析实验室”，该实验室主要研究燃油雾化特性、燃烧机理以及喷嘴设计技术，设备水平在国内高校处于领先地位。
发展规划：该实验室在目前主要以学科队伍建设和研究能力及水平的提高为主。
计划在三年内取得一批成果。
梯队建设：方向二：航空发动机强度、振动及噪声研究内容：主要研究航空发动机及其它动力装置的强度、振动、噪声及故障诊断和状态监测技术，主要包括航空发动机强度和振动的新计算方法；振动及噪声的测量和分析技术；利用振动和噪声分析技术进行故障诊断的新方法及相关软、硬件技术；以及航空发动机及其它动力装置的振动及噪声控制技术。
现有条件：现有振动与噪声实验室于1986年建成，设备总额200余万元，主要包括振动与噪声的测量和分析仪器。
目前，该实验室的主要仪器是80年代水平，相对落后，学校投资200余万元购置先进仪器的计划正在招标，预计2004年底设备到位。
发展规划：根据开展先进航空发动机转子非线性动力学、振动控制及故障智能诊断的研究要求和“航空推进理论和技术”硕士点要求提出建立“转子非线性动振动及控制”实验室。
该实验室的建成将为转子非线性振动特性、转/静子碰磨机理、振动抑制、多重故障智能诊断等一系列科学前沿课题的研究提供先进的实验条件，其研究成果将为改善发动机转子动态特性、降低发动机振动、研制高水平诊断系统、避免发动机故障等提供有力的技术支持。
航空航天工程专业课程设置一览表
87
AV426
有限元方法
3.0 48 48 40
87
AV427 飞行器结构振动 3.0 48 48 40
87
AV428 叶轮机械气动热力学 3.0 48 48 40
87
AV429
传热学
3.0 48 48 40
87
AV430
燃烧学
3.0 48 48 40
87
AV431
发动机设计
3.0 48 48 40
AV208
工程热力学
3.0 48 48 44
EE205 电工与电子技术（G） 4.0 64 64 64
MA097
数理方法
3.0 48 48 48
MA127
计算方法
2.0 32 32 32
专业类
总 51.0 816
必修课
1 1 1 22 2 2 2 83 3 3 44 44 4 5 5
须修满全部
AV103 航空航天导论(B类) 3.0 48
87
AV410 复合材料与结构 3.0 48 48 40
87
AV419 飞行器综合电子系统 3.0 48 48 40
87
AV422
航天器控制
3.0 48 48 40
87
AV423
卫星导航
3.0 48 48 40
87
AV424 粘性流体力学
3.0 48 48 40
87
AV425 计算流体力学基础 3.0 48 48 40
专业教育课程
须修满全部
MA077 线性代数（B类） 3.0 48 48 48
MA080 高等数学（A）（1） 6.0 96 96 96
ME106 设计制造基础Ⅰ 4.0 64 64 64
航空发动机强度与振动--各章作业
三、计算题
1、某等截面、无扭向、根部固装的转子叶片长 l = 16cm ， E = 5.0 ×105 cm / s ， J = 0.8cm4 ， A = 5cm2 ， ρ
（ 1 ） 请 求 出 前 三 阶 弯 曲 振 动 的 固 有 频 率 （ 固 有 频 率 的 单 位 为 Hz ）。 计 算 公 式 已 经 给 出 ：
4、旋转着叶片的自振频率称为
；静止叶片的自振频率称为
。
5、叶片的振动阻尼有
，
，
三类。
6、列举出一些常用的提高叶片抗振阻尼的结构措施。
7、从气动和结构两个方面分析下带冠叶片的优缺点。
8、燕尾形、枞树形、销钉式三种榫头榫槽的连接方式中，哪种叶片和轮盘的连接方式抗振阻尼最好？
9、如图，试解释双榫根构造的叶片，抗振阻尼较好的原因？
8、判断弹性元件的串联或者并联。
6
第一章 转子叶片强度计算
9、在图(a)中，两弹簧是并联还是串联？在图(b)中，若将弹簧的长度变为原来的一半，则此一半长度的弹簧 的刚度系数是多少？
10、系统受外界激励作用而产生的振动称为（ ）振动。激励根据其来源可分为两类：一类是（ ），
另一类是（
）。
7
第一章 转子叶片强度计算
5、不管是实心盘还是空心盘，热应力σθ 在轮盘外缘处呈压应力状态。
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《航空发动机强度与振动》课程教学大纲课程基本信息（Course Information）
课程代码（Course Code）AV432
*学时
（Credit Hours）
48
*学分
（Credits）
3
*课程名称（Course Name）（中文）航空发动机强度与振动
（英文）Structural Strength and Vibration of Aircraft Engines
课程性质
(Course Type)
专业选修类
授课对象
（Audience）
本科大三下学期
授课语言
(Language of Instruction)
中文
*开课院系
（School）
航空航天学院
先修课程
（Prerequisite）
工程热力学、空气动力学、推进原理
授课教师（Instructor）
课程网址(Course Webpage)
*课程简介（Description）本课程是航空航天学院的专业选修课。
主要讲授包括：航空发动机结构强度、振动的基础理论和方法；航空发动机叶片强度、轮盘强度、叶片振动、转子动力特性、转子平衡、整机振动和疲劳强度的基本概念、基础理论和分析方法；航空发动机强度与振动的设计准则和一般规律；航空发动机强度与振动测试技术。
通过本课程的学习，使学生掌握航空发动机部件及总体的强度与振动基本概念和分析方法、把握航空发动机结构强度的设计思想、初步掌握航空发动机结构强度设计方法，培养学生分析、处理航空发动机强度与振动实际问题的能力。
*课程简介（Description）
This course is a specialized elective course of the School of Aeronautics and Astronautics. Major lectures include: the theory and methods of the structural strength and vibration of aircraft engines; the basic concepts, theory, and methods of the blade strength, wheel strength, blade vibration, dynamic characteristics of rotor, rotor balancing, body vibration and fatigue strength analysis; strength and vibration of aero-engine design criteria and general rules; the experimental technology of strength and vibration tests.
Through this course, students will master the basic concept and analysis method of structural strength and vibration of the pieces and overall aircraft engine, grasp the structural strength of aircraft engine design, preliminary master structural strength design method of aircraft engine, grasp the ability of analysis and solving the structural strength and vibration of aircraft engines in the practice.
课程教学大纲（course syllabus）
*学习目标(Learning Outcomes) 通过本课程的学习，使学生掌握航空燃气涡轮发动机典型结构件及其组合件的强度与振动基本概念和分析方法；培养学生将实际问题抽象为分析模型的能力，掌握力学基本理论、数学方法的具体应用；把握航空发动机结构强度的设计思想，初步掌握航空发动机结构强度设计方法，培养学生分析、处理航空发动机结构件及其组合件强度与振动实际问题的能力。
*教学内容、进度安排及
要求
(Class Schedule
& Requirements)
教学内容学时教学方式作业及要求基本要求考查方式绪论
2
课堂教学
每次课堂教
学后有课外
作业，对共
性问题进行
集中讲解
课前预习
自学，课
堂随机提
问；然后
对重、难
点进行讲
解；课堂
教学中融
入小组讨
课堂随机
提问；小测
验
航空发动机
结构强度与
振动基础理
论和方法
6
航空发动机
叶片强度、轮
盘强度、叶片
振动、转子动
力特性、转子
平衡、整机振
动和疲劳强
度的基本概
念、基础理论
和分析方法
20
航空发动机
强度与振动
的设计准则
和一般规律
10
航空发动机
强度与振动
测试技术
6
航空发动机
可靠性
4
*考核方式(Grading) 最终成绩由平时作业、课堂表现、小组大作业、结业考试成绩组合而成。
各部分所占比例如下：
平时作业和上课参与程度：10%。
主要考核对知识点的掌握程度、口头及文字表达能力。
小组大作业及报告讨论：30%。
主要考核分析解决问题、创造性工作、处理信息、口头及文字表达等方面的能力。
考试：60%。
主要考核对航空发动机强度与振动基本知识的掌握程度。
*教材或参考资料(Textbooks & Other Materials) 《航空发动机强度振动测试技术》，李其汉、胡壁刚，北京航空航天大学出版社，1995年
其它（More）
备注（Notes）。