機(jī)械動(dòng)力學(xué)是研究機(jī)械在力作用下的運(yùn)動(dòng)和機(jī)械在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的力，并從力與運(yùn)動(dòng)的相互作用的角度進(jìn)行機(jī)械的設(shè)計(jì)和改進(jìn)的科學(xué)。機(jī)械動(dòng)力學(xué)的研究方法可分為兩類：

1、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析

對(duì)于機(jī)械動(dòng)力學(xué)正問(wèn)題，動(dòng)態(tài)分析一般借助于多種動(dòng)態(tài)分析法(如模態(tài)分析法、模態(tài)綜合法、機(jī)械阻抗分析法、狀態(tài)空間分析法、模態(tài)攝動(dòng)法及有限元法等)建立結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析(如動(dòng)態(tài)仿真等)。

對(duì)于機(jī)械動(dòng)力學(xué)逆問(wèn)題，動(dòng)態(tài)分析通常先進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)一定的準(zhǔn)則建立結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，然后借助參數(shù)辨識(shí)或系統(tǒng)辨識(shí)的方法進(jìn)行分析。

2、動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)

結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)包括模態(tài)實(shí)驗(yàn)、力學(xué)環(huán)境實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)等，它是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的環(huán)節(jié)，不僅可以直接考核產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)性能，也為動(dòng)態(tài)分析建立可靠的數(shù)學(xué)模型提供必要的數(shù)據(jù)。

機(jī)械動(dòng)力學(xué)是研究機(jī)械在力的作用下的運(yùn)動(dòng)和機(jī)械在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的力的一門(mén)學(xué)科。機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究的主要內(nèi)容概括起來(lái)，主要有如下幾個(gè)方面。

一、共振分析

隨著機(jī)械設(shè)備的高速重載化和結(jié)構(gòu)、材質(zhì)的輕型化，現(xiàn)代化機(jī)械的固有頻率下降，而激勵(lì)頻率上升，有可能使機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)入或接近機(jī)械的“共振區(qū)”，引發(fā)強(qiáng)烈的共振。所以，對(duì)于高速機(jī)械裝置(如高速皮帶、齒輪、高速軸等)的支承結(jié)構(gòu)件乃至這些高速機(jī)械本身，均應(yīng)進(jìn)行共振驗(yàn)算。

這種驗(yàn)算在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行，可避免機(jī)械的共振事故發(fā)生；而在分析故障時(shí)進(jìn)行，則有助于找到故障的根源和消除故障的途徑。

二、振動(dòng)分析與動(dòng)載荷計(jì)算

現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)方法正在由傳統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計(jì)向動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)過(guò)渡，并已產(chǎn)生了一些專門(mén)的學(xué)科分支。如機(jī)械彈性動(dòng)力學(xué)就是考慮機(jī)械構(gòu)件的彈性來(lái)分析機(jī)械的精確運(yùn)動(dòng)規(guī)律和機(jī)械振動(dòng)載荷的一個(gè)專門(mén)學(xué)科。

三、計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的運(yùn)用

計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)已成為機(jī)械動(dòng)力學(xué)學(xué)科賴以騰飛的兩翼。它們相互結(jié)合，不僅解決了在振動(dòng)學(xué)科中許多難以用傳統(tǒng)方法解決的問(wèn)題，而且開(kāi)創(chuàng)了狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、模態(tài)分析、動(dòng)態(tài)模擬等一系列有效的實(shí)用技術(shù)，成為生產(chǎn)實(shí)踐中十分有力的現(xiàn)代化手段。

機(jī)械動(dòng)力學(xué)的各個(gè)分支領(lǐng)域，在運(yùn)用計(jì)算機(jī)方面取得了豐碩成果，如MATLAB、AnAMS、CATIA、ANSYS等大型仿真軟件得到了廣泛的運(yùn)用。

四、減振與隔振

高速與精密是現(xiàn)代機(jī)械與儀器的重要特征。高速易導(dǎo)致振動(dòng)，而精密設(shè)備卻又往往對(duì)自身與外界的振動(dòng)有極為嚴(yán)格的限制。因此，對(duì)機(jī)械的減振、隔振技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。所以，隔振設(shè)備的設(shè)計(jì)、選用與配置以及減振措施的采用，也是機(jī)械動(dòng)力學(xué)的任務(wù)之一。

機(jī)械動(dòng)力學(xué)在近年來(lái)雖然得到了迅速的發(fā)展，但仍有大量的理論問(wèn)題與技術(shù)問(wèn)題等待人們?nèi)ヌ剿鳎渲兄饕ㄒ韵聨讉€(gè)方面。

1、振動(dòng)理論問(wèn)題

這類問(wèn)題主要是指非線性振動(dòng)理論問(wèn)題。工程上的非線性問(wèn)題常常采用簡(jiǎn)化的線性化處理，或在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行分段線性化處理。在這方面還有待進(jìn)一步探索。

工程中的大量自激振動(dòng)(如導(dǎo)線舞動(dòng)、機(jī)床顫振、車輪振擺、油缸與導(dǎo)軌的爬行等)，目前還缺乏統(tǒng)一成熟的理論方法，許多問(wèn)題尚待研究。

2、虛擬樣機(jī)技術(shù)

機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)又稱為機(jī)械工程中的虛擬樣機(jī)技術(shù)，是20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)技術(shù)。運(yùn)用這一技術(shù)，可以大大簡(jiǎn)化機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程，大幅度縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)費(fèi)用和成本，明顯提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的系統(tǒng)及性能，獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。因此，該技術(shù)一出現(xiàn)，就受到了人們的普遍重視和關(guān)注，而且相繼出現(xiàn)了各種分析軟件，如MATLAB、ADAMS、ANSYS、CATIA、UG、Pro/E、SolidWorks等。對(duì)于這方面的工作，目前我國(guó)還有相當(dāng)大的差距。

3、振動(dòng)疲勞機(jī)理的研究

許多機(jī)械零件的疲勞破壞是由振動(dòng)產(chǎn)生的。如何把振動(dòng)理論與振動(dòng)疲勞機(jī)理結(jié)合起來(lái)仍是一個(gè)熱門(mén)課題。

4、有關(guān)測(cè)試技術(shù)理論和故障診斷理論的研究

適用、有效、廉價(jià)的測(cè)試診斷設(shè)備與技術(shù)的研究，離生產(chǎn)急需尚有相當(dāng)大的距離。

5、流固耦合振動(dòng)

流體通過(guò)固體時(shí)會(huì)激發(fā)振動(dòng)，而固體的振動(dòng)，如導(dǎo)線舞動(dòng)、卡門(mén)渦振動(dòng)、軸承油膜振蕩等，又會(huì)反過(guò)來(lái)影響流體的流場(chǎng)和流態(tài)，從而改變振動(dòng)的形態(tài)。

6、乘坐動(dòng)力學(xué)

對(duì)于交通機(jī)械(如汽車、工程機(jī)械、艦船等)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、懸掛設(shè)計(jì)、座椅設(shè)計(jì)以及減振設(shè)計(jì)等都需要引入隨機(jī)振動(dòng)理論，是一個(gè)廣闊且重大的課題。

7、微機(jī)械動(dòng)力學(xué)問(wèn)題

微機(jī)械并非傳統(tǒng)意義下的宏觀機(jī)械的幾何尺寸的縮小。當(dāng)系統(tǒng)特征尺寸達(dá)到微米或納米的量級(jí)時(shí)，許多物理現(xiàn)象與宏觀世界的情況有很大差別。例如，在微機(jī)械中，構(gòu)件材料本身的物理性質(zhì)將會(huì)發(fā)生變化；一些微觀尺度的短程力所具有的長(zhǎng)程效應(yīng)及其引起的表面效應(yīng)會(huì)在微觀領(lǐng)域內(nèi)起主導(dǎo)作用；在微觀尺度下，系統(tǒng)的摩擦問(wèn)題會(huì)更加突出，摩擦力則表現(xiàn)為構(gòu)件表面間的分子和原子的相互作用，而不再是由載荷的正壓力產(chǎn)生，并且當(dāng)系統(tǒng)的特征尺寸減小到某一程度時(shí)，摩擦力甚至可以和系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力相比擬；在微觀領(lǐng)域內(nèi)，與特征尺寸L的高次方成比例的慣性力、電磁力等的作用相對(duì)減小，而與特征尺寸的低次方成比例的黏性力、彈性力、表面張力、靜電力等的作用相對(duì)增大；此外，微構(gòu)件的變形與損傷機(jī)制與宏觀構(gòu)件也不盡相同等。

針對(duì)微機(jī)械的研究中呈現(xiàn)出的新特征，傳統(tǒng)的機(jī)械動(dòng)力學(xué)理論與方法已不再適用。微機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究微構(gòu)件材料的本構(gòu)關(guān)系、微構(gòu)件的變形方式和阻尼機(jī)制、微機(jī)構(gòu)的彈性動(dòng)力學(xué)方程等主要科學(xué)問(wèn)題，揭示微構(gòu)件材料的分子(或原子)成分和結(jié)構(gòu)、材料的彈性模量和泊松比、微構(gòu)件的剛度和阻尼以及微機(jī)構(gòu)的彈性動(dòng)力學(xué)特性等之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而保證微機(jī)電系統(tǒng)在微小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)能量傳遞、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)控制功能，以規(guī)定的精度實(shí)現(xiàn)預(yù)定的動(dòng)作。因此，機(jī)械動(dòng)力學(xué)的研究將會(huì)取得多方面的創(chuàng)新成果，這些成果不僅有重要的科學(xué)意義和學(xué)術(shù)價(jià)值，而且有很好的應(yīng)用前景。

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