淺析振動基本理論

    前人把復雜的過程隱藏了,只展示出重要的結果。一方面,確實節約了我們的精力;另一方面,我們確實也會因此錯過很多。就像讀一篇翻譯文章,總是比不上讀原版。工科教材中,簡化了很多數學過程,看似方便學習,可當你好奇心作怪的時候,就難免感到迷霧重重了,到頭來,還是要把數學深入到一定份上,你才能感到一點兒安心,一點兒自由。

   有人說,振動力學難!天下事有難易乎?根據筆者多年的被教育經驗,任何一門課,如果你覺得難,那一定是老師的問題。當然,筆者不一定是指這門課的老師,和前任也可能有關系。比如,你覺得振動力學難,可能是振動課老師不行,也可能是前任微分方程課的老師不行。

振動微分方程:

淺析振動基本理論的圖1

這不就是一個二階線性常系數非齊次常微分方程(以下簡稱非齊次方程)嗎?有什么難?這能算難?真正難的,你可能還沒見過!

講清楚微分方程問題,也用不了幾個概念:通解,全解,特解,定解,所有解,自由項。

1.如果非其次方程的自由項f(x)為0,則稱為齊次方程。

2.齊次方程的解叫做齊次方程的通解(全解)。

3.齊次方程+特解條件(定解條件)的解叫做特解(定解)。

4.特解條件有兩類:邊界條件(邊值問題),初始條件(初值問題)。

5.求解非其次方程特解的待定系數法:根據自由項的特點,假設方程的特解,再帶入到方程,確定特解的待定系數。(沒提到特解條件)

6.注意,上文中,齊次方程特解的獲得和非齊次方程特解的獲得,是不一樣的。

7.非齊次方程的通解,由對應齊次方程的通解和非齊次方程的特解組成。

8.非齊次方程+特解條件的解,由對應齊次方程的特解和非齊次方程的特解組成。

9.所有解包含通解。比如:

淺析振動基本理論的圖2

綜上,在振動微分方程中。

1.非齊次方程的特解和初始條件無關,對應齊次方程的特解才和初始條件有關。

2.非齊次方程+初始條件的解,一般只考慮非次方程的特解,稱為穩態振動。因為在阻尼系統中,對應齊次方程的特解是衰減振動,隨著時間推移,趨于零,稱為瞬態振動。

3.振動理論中。如果是自由振動,那就是齊次方程的初值問題(初始條件重要)。如果是受迫振動,那就是非齊次方程的特解問題(初始條件不重要)。單自由度振動系統的核心就是這兩句話。如果你扎實掌握了,后面的多自由度問題,無非就是求解常微分方程組,也就是常微分方程的線性代數。如果線性代數也學得不錯,那多自由度問題也很簡單。說到線性代數,筆者插一句,線性代數,無非也就是一種運算規則,和加減乘除初等代數本質上沒兩樣,只是加減乘除是一個數一個數來處理,線性代數是一組數一組數來處理,所以也叫做代數,這樣說來,線性代數毫無神秘感可言,何難之有。

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