第三章振動污染與其控制2015年-05-11

第三章振動污染及其控制第一節(jié)概述

第二節(jié)振動基礎(chǔ)

第三節(jié)振動的評價與標(biāo)準(zhǔn)

第四節(jié)振動控制技術(shù)

第五節(jié)減振材料與裝置及其應(yīng)用第一頁，共177頁。二、振動污染源

三、振動的影響●●一、振動與振動污染●第一節(jié)概述第二頁，共177頁。一、振動與振動污染●（一）振動

（二）振動污染

第三頁，共177頁。定義：（1）任何一個可以用時間的周期函數(shù)來描述的物理量，都稱之為振動。（2）當(dāng)一個物體處于周期性往復(fù)運動的狀態(tài)，即可說物體在振動。（一）振動

第四頁，共177頁。

振動現(xiàn)象物理現(xiàn)象：聲、光、熱等物理現(xiàn)象都包含振動；生命和生活：心臟搏動、耳膜和聲帶的振動是人體的基本功能。工程技術(shù)領(lǐng)域：橋梁和建筑物在陣風(fēng)或地震激勵下的振動飛機和船舶在航行中的振動，機床和刀具在加工時的振動，各種動力機械的振動，控制系統(tǒng)中的自激振動等。第五頁，共177頁。振動污染：振動超過一定的界限,從而對人體的健康和設(shè)施產(chǎn)生損害,對人的生活和工作環(huán)境形成干擾,或使機器、設(shè)備和儀表不能正常工作。（二）振動污染

第六頁，共177頁。振動污染的特點

1.主觀性：是一種危害人體健康的感覺公害。

局部性：僅涉及振動源鄰近的地區(qū)。

瞬時性：是瞬時性能量污染，在環(huán)境中無殘余污染物，不積累。振源停止，污染即消失。3.2.第七頁，共177頁。振動污染源

（一）工廠振動源（二）工程振動源

（三）道路交通振動源

（四）低頻空氣振動源

自然振源

人為振源

地震、火山爆發(fā)等自然現(xiàn)象。自然振動帶來的災(zāi)害難以避免，只能加強預(yù)報減少損失。

二、振動污染源

●第八頁，共177頁。工業(yè)振動源：旋轉(zhuǎn)機械、往復(fù)機械、傳動軸系、管道振動等，如鍛壓、鑄造、切削、風(fēng)動、破碎、球磨以及動力等機械和各種輸氣、液、粉的管道。特征參數(shù)：常見工廠振源附近面上加速度級：80～140dB；振級：60～100dB；峰值頻率：10～125Hz。（一）工廠振動源第九頁，共177頁。工程振動源：工程施工現(xiàn)場的振動源主要是打樁機、打夯機、水泥攪拌機、輾壓設(shè)備、爆破作業(yè)以及各種大型運輸機車等。

特征參數(shù)：常見工程振源附近振級：60～100dB。（二）工程振動源

第十頁，共177頁。

鐵路振源：頻率：一般在20～80Hz范圍內(nèi)；離鐵軌30m處的振動加速度級范圍85～100dB，振動級范圍75～90dB內(nèi)。（三）道路交通振動源

公路振源：頻率：一般在2～160Hz范圍內(nèi)，其中以5～63Hz的頻率成分較為集中；

振級：多在65～90dB范圍內(nèi)。第十一頁，共177頁。

低頻空氣振動是指人耳可聽見的100Hz左右的低頻。如玻璃窗、門產(chǎn)生的人耳難以聽見的低頻空氣振動。這種振動多發(fā)生在工廠。（四）低頻空氣振動源

第十二頁，共177頁。固定式單個振動源如，一臺沖床或一臺水泵等

振動污染源按形式分為

集合振動源如，廠界環(huán)境振動、建筑施工場界環(huán)境振動

第十三頁，共177頁。動態(tài)特征定義示例穩(wěn)態(tài)振動觀測時間內(nèi)振級變化不大的環(huán)境振動往復(fù)運動機械，如空壓機、柴油機等；旋轉(zhuǎn)機械類，如發(fā)電機、發(fā)動機、通風(fēng)機等沖擊振動具有突發(fā)性振級變化的環(huán)境振動建筑施工機械，如打樁機等；鍛壓機械，如沖床，紡錘等無規(guī)則振動未來任何時刻不能預(yù)先確定振級的環(huán)境振動道路交通振動、居民生活振動、房屋施工，室內(nèi)運動等鐵路振動列車行駛帶來的軌道兩側(cè)30m外的環(huán)境振動鐵路機車的運行按振動源的動態(tài)特征又可分成表3-1所示的四類。

表3-1環(huán)境振動污染源動態(tài)特征

第十四頁，共177頁。三、振動的影響●（一）振動對生理的影響

（二）振動對心理的影響

（三）振動對工作效率的影響

（四）振動對構(gòu)筑物的影響

第十五頁，共177頁。振動的生理影響主要是損傷人的機體，引起循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、代謝系統(tǒng)、感官的各種病癥，損傷腦、肺、心、消化器官、肝、腎、脊髓、關(guān)節(jié)等（一）振動對生理的影響

第十六頁，共177頁。振動對睡眠的影響試驗圖3-1由鍛錘振動負(fù)荷引起的覺醒率

睡眠深度1度（淺睡眠）：振動級60dB無影響，69dB以上則全部覺醒；深度2度（中度睡眠）：60～65dB無影響，79dB全部覺醒；因2度睡眠占8小時睡眠時間的一半以上，故影響這種睡眠的振動級最令人厭煩；睡眠深度3度（深睡眠）:74dB以上方會覺醒，覺醒幾率很低；睡眠深度REM(異相睡眠，指睡眠多夢期):振動影響介于深度2度和3度之間。第十七頁，共177頁。人們在感受到振動時，心理上會產(chǎn)生不愉快、煩躁、不可忍受等各種反應(yīng)。除振動感受器官感受到振動外，有時也會看到電燈搖動或水面晃動，聽到門、窗發(fā)出的聲響，從而判斷房屋在振動。人對振動的感受很復(fù)雜，往往是包括若干其他感受在內(nèi)的綜合性感受。

（二）振動對心理的影響

第十八頁，共177頁。振動引起人體的生理和心理變化，導(dǎo)致工作效率降低。振動可使視力減退，用眼工作時所花費的時間加長。振動使人反應(yīng)滯后，妨礙肌肉運動，影響語言交談，復(fù)雜工作的錯誤率上升等。（三）振動對工作效率的影響

第十九頁，共177頁。振動通過地基傳遞到構(gòu)筑物，導(dǎo)致構(gòu)筑物破壞。如基礎(chǔ)和墻壁龜裂、墻皮剝落，地基變形、下沉，門窗翹曲變形，構(gòu)筑物坍塌，影響程度取決于振動的頻率和強度。由于共振的放大作用，其放大倍數(shù)可由數(shù)倍至數(shù)十倍，因此帶來了更嚴(yán)重的振動破壞和危害。（四）振動對構(gòu)筑物的影響

第二十頁，共177頁。一、振動的基本物理量

●二、振動的性質(zhì)

三、簡諧振動系統(tǒng)四、波動的產(chǎn)生與傳播●●●第二節(jié)振動基礎(chǔ)第二十一頁，共177頁。位移頻率周期加速度速度基本物理量一、振動的基本物理量

●第二十二頁，共177頁。定義：某個物理量（位移、速度或加速度）按時間的正弦或余弦規(guī)律變化的振動。（x0為振幅、ω為角頻率）（3-3）

簡諧振動是最簡單的周期振動。若正弦振動，則

（3-1）

位移（3-2）

速度

加速度第二十三頁，共177頁。

簡諧振動（正弦）的相位關(guān)系

圖3-2位移、速度、加速度的相位關(guān)系位移、速度和加速度的相位關(guān)系如圖所示，相位差為π/2，則位移和加速度相位相反。第二十四頁，共177頁。

（一）正弦波振動

（二）復(fù)合正弦波振動

（三）沖擊波振動二、振動的性質(zhì)

●第二十五頁，共177頁。

（一）正弦波振動如圖，正弦波最大振幅為A，周期為T，頻率為f，角速度ω=2πf＝2π/T，以時間t為橫坐標(biāo),則瞬間振動振幅可表示為（3-4）

若以距離x為橫坐標(biāo),則瞬間振動振幅可表示為

（3-5）

圖3-3正弦波

波長常數(shù)，

第二十六頁，共177頁。

（二）復(fù)合正弦波振動

圖3-4正弦波的合成（基波和3次諧波的相位影響）

振動頻率相同的正弦波合成后仍是以相同頻率振動的簡諧振動。定義：兩個以上正弦波疊加后形成的新波稱為復(fù)合正弦波。在基波上含有3次諧波(基波的3倍頻波)的波形。相對于基波分別相差90o相位。隨著波形移動，其峰值(復(fù)合波的振幅)也隨之變化。這種復(fù)合波仍是周期波形。第二十七頁，共177頁。

拍頻現(xiàn)象

兩個頻率相近的振動合成時產(chǎn)生振幅周期性變化的現(xiàn)象。

圖3-5拍頻現(xiàn)象（頻率稍有不同的正弦波合成）

實際的振動波即便再簡單，也是一個相互沒有倍頻關(guān)系的周期波形的集合，通常是在一個波上再加上一個非周期的波動，且隨時間變化，所形成的沖擊波也急劇變化。第二十八頁，共177頁。沖擊：指給予系統(tǒng)的激勵。與該系統(tǒng)的固有振動周期相比，這種激勵能在很短時間內(nèi)終結(jié)。實際發(fā)生的沖擊波振動時間往往并不很短，而是經(jīng)過數(shù)個周期的衰減振動形式的過渡激勵。

（三）沖擊波振動沖擊性振動：沖壓、錘鍛之類的物體碰撞、下落運動產(chǎn)生的振動。往往為公害振動！第二十九頁，共177頁。沖擊波示例

圖3-6沖擊波及其頻譜示意圖圖(a)是典型的單一矩形沖擊波振幅A、持續(xù)時間T，顯示從低頻到高頻具有均一頻譜的沖擊力。

圖(b)的正弦波半周期激勵是近似實際的沖擊波譜圖。是物體具有彈性所致結(jié)果。第三十頁，共177頁。沖擊激勵的響應(yīng)

圖3-7沖擊激勵引起的單自由度系統(tǒng)的響應(yīng)

若在質(zhì)量塊上施加一外來單一沖擊力時，與該質(zhì)量塊和彈簧系統(tǒng)決定的共振頻率相比較，有圖3-7（b）的2種情況?！緢D(b)Ⅰ】若延長沖擊力作用時間，在最初施加沖擊力后和沖擊力消除后，將繼續(xù)自由衰減振動?！緢D(b)Ⅱ】若沖擊力時間極短，則力消除后將繼續(xù)出現(xiàn)系統(tǒng)所固有的自由衰減振動，即與力的波形無關(guān)的自由振動。

第三十一頁，共177頁。

（一）自由振動

（二）受迫振動

（三）振動體與共振三、簡諧振動系統(tǒng)●第三十二頁，共177頁。

（一）自由振動：無外力作用的振動1.無阻尼自由振動2.有阻尼自由振動圖3-8彈簧自由振動示意圖

在彈性系數(shù)為k的彈簧上加一質(zhì)量m的重物，使其產(chǎn)生位移后輕輕放開，則彈簧作無阻尼自由振動。

實際振動系統(tǒng)有彈簧內(nèi)摩擦、滑動摩擦、空氣或水的阻力等各種阻尼作用，是有阻尼自由振動。

第三十三頁，共177頁。根據(jù)牛頓定律，無阻尼自由振動的運動方程式為

1.無阻尼自由振動的計算即

（3-8）

當(dāng)t＝0，時，求解，得（3-9）

即，為正弦波形，振動在無阻尼狀態(tài)下一直持續(xù)下去。

式（3-9）中，系統(tǒng)的固有角頻率

可表示為

或

于是，系統(tǒng)的固有頻率（3-10）

【討論】與位移振幅無關(guān)。計算中需要確定值！

K-勁度系數(shù)第三十四頁，共177頁。1.無阻尼自由振動的計算彈簧并聯(lián)與串聯(lián)時總彈性系數(shù)的計算圖3-9總彈性系數(shù)的計算

第三十五頁，共177頁。2.有阻尼自由振動的計算氣體或液體阻尼的黏性摩擦阻力與振動速度成正比，則

（3-12）

【討論】阻尼系數(shù)c

c=0，則為無阻尼振動；

c由0逐漸增大，成為阻尼逐漸增大的振動；

c≥cc（臨界阻尼系數(shù)），已無振動，系統(tǒng)緩慢恢復(fù)到原位置。

令阻尼比

（3-13）

臨界阻尼系數(shù)

（3-14）

第三十六頁，共177頁。根據(jù)阻尼比的大小，振動物體的位移隨時間的變化有三種不同的情況

①0＜＜1時，為c＜cc的阻尼振動，即物體雖作振動，但振幅逐漸減小,不久即停止。圖3-10不同阻尼下的位移隨時間的變化

【討論】

②

=1時，為c=cc的臨界阻尼振動，阻尼系數(shù)c即為臨界阻尼系數(shù)。

③

＞1時，為c＞cc的過阻尼振動，此運動已非振動狀態(tài)，而是逐漸衰減的非周期運動

第三十七頁，共177頁。

（二）受迫振動：在外力反復(fù)作用下的振動1.無阻尼受迫振動2.有阻尼受迫振動圖3-11受迫振動

第三十八頁，共177頁。無阻尼時，若外力為振幅F0、角頻率ω的簡諧激振力,則運動方程可寫成1.無阻尼受迫振動（3-22）

解得在外力作用下的位移x為（3-23）

當(dāng)時，位移為無窮大，此狀態(tài)稱為共振。

第三十九頁，共177頁。1.無阻尼受迫振動（3-24）

式(3-23)中的值表示外力F0在靜態(tài)作用時的位移，設(shè)其為，振動中的位移振幅為時，二者之比的絕對值稱為位移振幅倍率，即

（3-23）

第四十頁，共177頁。圖3-12振幅倍率

【討論】阻尼比=0的情況

頻率比（）=0時，振幅倍率為1；頻率比=1時，振幅倍率為無窮大；頻率比由1逐漸增大時，振幅倍率逐漸減小；頻率比達到以上時，振幅倍率減小到1以下。第四十一頁，共177頁。2.有阻尼受迫振動存在與振動速度成正比的阻尼時，受迫振動的運動方程式為當(dāng)0＜＜1時，解得

在阻尼項消失后的恒定態(tài)下，位移為（3-25）

（3-26）

（3-28）

第四十二頁，共177頁。2.有阻尼受迫振動振幅倍率為（3-29）

用圖表示式（3-29）時，如圖3-10所示，越小，振幅倍率曲線的峰值越高；越大，振幅倍率曲線的峰值越低，也越平緩。

第四十三頁，共177頁。

（三）振動體與共振1.固有頻率

共振發(fā)生的頻率共振烈度的表示振動體與共振頻率4.3.2.第四十四頁，共177頁。1.固有頻率（也稱共振頻率）

公害振動發(fā)生的主頻率范圍大約為1～100Hz。長跨度橋、天線、電纜、建筑物等的固有頻率在此范圍。設(shè)備安裝在房屋地板（樓板）上時，為了防止建筑物產(chǎn)生共振響應(yīng)，需要對建筑物各構(gòu)件各自的固有頻率進行估算。

單自由度振動系的固有頻率與質(zhì)量、勁度系數(shù)及衰減系數(shù)相關(guān)。激振力的頻率與機械或構(gòu)筑物的固有頻率一致時，就會發(fā)生共振。第四十五頁，共177頁。2.共振發(fā)生的頻率即阻尼比=0，頻率比=1時，呈共振狀態(tài)理論上振幅為無窮大。無阻尼

阻尼比＞0時，隨增大，最大位移振幅逐漸減小。最大振幅產(chǎn)生的頻率比為最大振幅產(chǎn)生的頻率為有阻尼

（3-31）

（3-33）

第四十六頁，共177頁。3.共振烈度的表示（3-35）共振烈度：振動產(chǎn)生的最大位移振幅。通常的振動多是＜＜1，則最大振幅倍率近似為

共振烈度的強度：

（3-36）意義：表示共振點處振幅擴大為靜態(tài)位移的倍數(shù)

例，若Q為10，則共振點處的振幅擴大為靜態(tài)位移的10倍。第四十七頁，共177頁。3.共振烈度的表示共振烈度的強度的計算方法：①實測頻率變化的激振，繪制如圖3-13的共振烈度曲線；②求出從最大振幅點減去3dB位置的頻域；③按式（3-36）求得Q或

圖3-13共振烈度

第四十八頁，共177頁。4.振動體與共振頻率橋梁、天線、各類機械及構(gòu)件等大多為棒狀振動體。設(shè)棒狀體(圓形、方形、矩形板條)材料密度為ρ，彈性模量為E，長度為l，振動體的共振頻率為基頻的整倍數(shù)n＝1，2，3，…則縱向共振頻率（3-37）橫向共振頻率

式中，——與棒橫截面半徑或厚度成正比的量。（3-38）第四十九頁，共177頁。l:長度；S：張力；：密度E:彈性模量；:常數(shù)；t：厚度（方棒）或直徑（圓棒）c:聲速;開口時要對長度振動體基波頻率高諧波頻率備注弦的橫向振動基波的整倍數(shù)棒的縱向振動基波的整倍數(shù)桿的橫向振動非基波的整倍數(shù)

:常數(shù)；t：厚度（方棒）或直徑（圓棒）兩端開口或閉合的空氣柱基波的整倍數(shù)圓形膜非基波的整倍數(shù)周邊固定圓形盤非基波的整倍數(shù)l:長度；S：張力；：密度：密度;E:彈性模量

c:聲速;開口時要對長度作開口修正面密度;a:半徑；S：張力K2：常數(shù)；：泊松比表3-2振動體與共振頻率

調(diào)節(jié)振動體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)(直徑、厚度及長度等)可控制其共振頻率。第五十頁，共177頁。

（一）波動的產(chǎn)生

（二）共振引起的擴大

（三）振動波的種類與形態(tài)

（四）波動沿地面的傳遞特性四、波動的產(chǎn)生與傳播●第五十一頁，共177頁。波動產(chǎn)生的機理：激振力的作用。由往復(fù)、旋轉(zhuǎn)之類周期性運動產(chǎn)生的激振力直接作用于介質(zhì)，就會發(fā)生振動。振動往往以波動的的形式遷移，或?qū)⒅芷谛宰饔昧κ┘拥狡渌考蚧?，形成振源。典型的振源：壓縮機、破碎機、自動織布機、各種風(fēng)鉆、振動輸送機等。

（一）波動的產(chǎn)生第五十二頁，共177頁。共振現(xiàn)象的主要形式有4種

（二）共振引起的擴大（1）包括基礎(chǔ)在內(nèi)的機器質(zhì)量和支承基礎(chǔ)的支承彈簧引發(fā)的力的傳遞即為共振。（2）激振力傳遞過程中，可能發(fā)生因地質(zhì)構(gòu)造引起地基共振的現(xiàn)象。3）從受振（即受損方）還須考慮與振源同樣的機械或建筑及其支承引起的共振。（4）當(dāng)機械或建筑的部分或部件的固有頻率與傳遞來的激振力頻率一致時，就會強烈共振。第五十三頁，共177頁。

（三）振動波的種類與形態(tài)縱波（壓縮波或疏密波）:傳播速度快，在振源觀測時總是先到達觀測點，故也稱為一次波（PrimaryWave，略作P波）縱波傳播以介質(zhì)體積伸長或壓縮的形式變化，質(zhì)點沿波的行進方向作前后運動。

橫波（剪切波）:又稱二次波（SecondaryWave，略作S波）橫波中質(zhì)點運動與波的傳播方向垂直，介質(zhì)體積不發(fā)生變化。實體波（BodyWave）瑞利波（RayleighWave）：最具代表性的表面波，在公害振動中起重要貢獻。質(zhì)點運動與波的傳播方向垂直。

表面波（SurfaceWave）樂甫波(Lovewave)：在不同固體表面層內(nèi)發(fā)生的表面波。質(zhì)點運動與波傳播方向垂直且水平移動。

圖3-14振動波的種類與形態(tài)

第五十四頁，共177頁。

（三）振動波的種類與形態(tài)在流體場中必須考慮介質(zhì)的體積彈性，因此空氣中只發(fā)生縱波。液體表面發(fā)生以重力和表面張力為恢復(fù)力的橫波。固體中，體積變化的阻尼產(chǎn)生縱波；形變阻尼導(dǎo)致橫波產(chǎn)生。在無限大的介質(zhì)中傳播的僅為縱波和橫波。在性質(zhì)完全不同的固體界面或固體與真空、固體與氣體的界面產(chǎn)生表面波。第五十五頁，共177頁。

（四）波動沿地面的傳遞特性1.波動傳遞的順序

波動的空間分布特征波動隨距離的衰減波動的反射、折射和衍射4.3.2.第五十六頁，共177頁。1.波動傳遞的順序

圖3-15振動波傳遞順序示意圖

作用于勻質(zhì)且廣闊的地表面上一點的純沖擊波，一般隨著距離的增加，波形本身將產(chǎn)生變形。假定波形傳播時保持原狀，則波動傳遞順序：首先觀測到與地面平行的P波，其次是S波，而后是具有與地面垂直振動分量的R波。

第五十七頁，共177頁。波動的空間分布特征2.置于地表上的圓板受到垂直沖擊振動時

（1）P波在空間傳播最快，S波次之，二者都以振源為中心呈球面波傳播；R波稍滯后，以振源為中心呈圓柱波傳播圖3-16在均勻地面上施加振動力時波的傳播狀況示意圖P波與振動傳播方向平行運動S波與振動傳播方向垂直運動R波粒子的水平分量R波粒子的垂直分量R波在地表水平分量大，垂直分量稍?。坏乇砩韵蛳滤椒至繛?處質(zhì)點運動僅為垂直分量再深處，水平分量與表面作反相位運動，并隨深度而急劇減。（2）R波能量最強，約占總能量的67%，是振動公害處理首要考慮的波。橫波占26%，縱波能量最小，僅為7%。第五十八頁，共177頁。波動隨距離的衰減3.距振源r0的基準(zhǔn)點與距離r點的振幅比xr/x0為（3-39）式中，xr、x0——分別為基準(zhǔn)點和距離r點的振動位移振幅；λ——地基的衰減常數(shù)；n——與波動類型相關(guān)的參數(shù)，表面波n=1/2。式中右側(cè)第1項是介質(zhì)吸收引起的衰減，每隔一定距離衰減一定dB量；第2項是波面擴展引起的衰減，若為表面波，則每倍程衰減3dB。振動以波動形式從振源傳遞到地面，隨波動距離增加逐漸減小，直至衰滅波的形態(tài)不同，n值不同，波動隨距離r的衰減也不同。第五十九頁，共177頁。波動隨距離的衰減3.距振源r1的基準(zhǔn)點與距離r2點的振級衰減La1-La2為式中，La1、La2——分別為基準(zhǔn)點和距離r點的振動位移振幅；λ——地基的衰減常數(shù)；第六十頁，共177頁。波動隨距離的衰減3.若R波的強度與波陣面擴展距離的平方成反比衰減，且無其他衰減時，則分別與距離r1、r2對應(yīng)的振動量位移、速度或加速度（a1、a2）與距離間近似存在下列關(guān)系;

（3-40）式中，a1、a2——分別為與距離r1、r2對應(yīng)的振動量位移、速度或加速度。

第六十一頁，共177頁。波動的反射、折射和衍射4.圖3-17不同入射波的反射波和折射波

振動在固體中的反射、折射、衍射、透射基本原理同聲場；復(fù)雜處在于固體中縱波、橫波、表面波共存，且傳播速度不同。圖示為P波、S波從固體介質(zhì)1傳遞到固體介質(zhì)2的界面產(chǎn)生反射和折射的情況。設(shè)P波、S波在介質(zhì)1中的振動速度分別為cP1、cS1，在介質(zhì)2中的振動速度分別為cP2、cS2。

第六十二頁，共177頁。波動的反射、折射和衍射4.圖3-17（a）P波以角度α入射P波以角度α入射時，在兩介質(zhì)界面上P1波以相同的角度α正反射。還產(chǎn)生反射波SV1和折射波SV2，入射角和反射角分別為b與f。在介質(zhì)2中形成折射波P2，折射角為e。則有如下關(guān)系成立。（3-41）入射、反射、折射的角度分別取決于P波、S波的速度

第六十三頁，共177頁。波動的反射、折射和衍射4.SV波與SH波均為橫波，如圖中箭頭所示，SV波的質(zhì)點運動與紙面平行，SH波質(zhì)點運功與紙面垂直。SV波入射（圖3-17(b)）時，SV1波作正反射，此外產(chǎn)生SV（P1）反射波、SV（SV2）折射波和SV（P2）折射波。SH波入射（圖3-17(c)）時所產(chǎn)生的反射和折射都是SH波。圖3-17（b）第六十四頁，共177頁。波動的反射、折射和衍射4.不同波的強度受ρ1cPl、ρ1cSl、ρ2cP2、ρ2cS2的影響，介質(zhì)1和介質(zhì)2的ρc比越大，材質(zhì)越相異，反射波就越強，折射波越減少。

若界面的一側(cè)是氣體或液體，則其中只存在P波即壓縮波(縱波)，界面阻抗顯著變化，相互折射顯著減少，與聲場情況相同。若為固-固界面，即使是異質(zhì)材料，阻抗變化也很小，振動易于導(dǎo)入，折射透過也相當(dāng)大。第六十五頁，共177頁。波動的反射、折射和衍射4.當(dāng)波動在不同材質(zhì)的多層介質(zhì)中傳播時各種形式的波重疊反射、折射，情況極其復(fù)雜。界面（1）會產(chǎn)生R波；層間界面（2）、（3）也會產(chǎn)生樂甫波，沿界面?zhèn)鞑?。圖3-18各層間的多重反射、折射

第六十六頁，共177頁。圖3-19是R波在固體端部傳播的示例。R波在固體端部反射，同時向端部側(cè)面彎曲傳播。例如，地面的溝深遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長時，部分表面波沿溝內(nèi)側(cè)行進，其中會有若干波到達溝對側(cè)。圖3-19在固體端部的R波的反射波和透射波

波動的反射、折射和衍射4.第六十七頁，共177頁。二、環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)

三、城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)●●一、振動的評價

●第三節(jié)振動的評價與標(biāo)準(zhǔn)第六十八頁，共177頁。（一）振動的評價指標(biāo)

（二）振動的評價標(biāo)準(zhǔn)1.位移、速度和加速度

2.振動級

一、振動的評價

●第六十九頁，共177頁。（一）振動的評價指標(biāo)

1.位移、速度和加速度

振動的振動量：是指被測系統(tǒng)在選定點上選定方向的運動量。

位移、速度和加速度的換算關(guān)系（p118圖3-20）描述振動量的基本參數(shù)

○10Hz

0.01m/s2

0.16㎜/s

2.5μm圖3-20振動量換算圖

第七十頁，共177頁。2.振動級

振動加速度級定義為（3-42）

式中：

——加速度有效值，m/s2，對簡諧振動；

——加速度參考值，m/s2，國外一般取，我國取。

一般用機械振動參數(shù)級來描述振動的強度，單位為分貝（dB）。在環(huán)境振動測量中，一般選用振動加速度級和振動級作為振動強度參數(shù)。第七十一頁，共177頁。2.振動級

人體對振動的感覺有關(guān)因素振動頻率的高低、振動加速度的大小振動環(huán)境中暴露時間長短振動的方向綜合諸多因素，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織建議采用等感度曲線（圖3-21）。圖3-21等感度曲線

第七十二頁，共177頁。振動級定義：修正的加速度級，用表示，即

式中：——修正的加速度有效值，m/s2，按式（3-44）計算。

（3-43）

式中：——頻率為f的振動加速度有效值；

——振動修正值，如表3-3所示。（3-43）

-27-21-15-9-333水平方向修正值/dB-18-12-600-3-6垂直方向修正值/dB6331.5168421中心頻率/Hz表3-3垂直振動與水平振動的修正值

（3-44）

第七十三頁，共177頁。于是，由式（3-43）求得2臺機器同時工作時的振動加速度級為

【例3-1】2臺機器各自工作時，在某點測得的振動加速度有效值分別為2.68×10-2m/s2和3.62×10-2m/s2，試求2臺機器同時工作時的振動加速度級。解：2臺機器同時工作時的振動加速度有效值為第七十四頁，共177頁?！纠?-1】2臺機器各自工作時，在某點測得的振動加速度有效值分別為2.68×10-2m/s2和3.62×10-2m/s2，試求2臺機器同時工作時的振動加速度級。于是，2臺機器同時工作時的振動加速度級為

解：2臺機器各自工作時，其振動加速度級分別為第七十五頁，共177頁。（二）振動的評價標(biāo)準(zhǔn)感覺閾：人體剛剛能夠感覺到振動，對人體無影響；不舒服閾：使人感到不舒服；疲勞閾：使人感到疲勞，工作效率降低。工況下以此閾為標(biāo)準(zhǔn)，超過者即認(rèn)為存在振動污染；危險閾：此時振動會使人產(chǎn)生病變。在生理學(xué)中，振動強度習(xí)慣以g（）為單位表示加速度。據(jù)此，人體對振動的感覺標(biāo)準(zhǔn)為振動強弱對人體的影響大致可分為四種情況：剛剛感到振動是0.003g；不愉快的感覺是0.05g；不可容忍感是0.5g。

第七十六頁，共177頁。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織推薦使用ISO2631/1－1985標(biāo)準(zhǔn)作為評價人體在振動環(huán)境中疲勞界限標(biāo)準(zhǔn)。我國根據(jù)這個標(biāo)準(zhǔn)制定了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)《人體全身振動暴露的舒適性降低界限和評價準(zhǔn)則》（GB/T13442—92）圖3-22：垂直方向的振動暴露標(biāo)準(zhǔn)——暴露時間圖3-23：垂直方向的振動暴露標(biāo)準(zhǔn)——疲勞和效率衰減的界限人體對垂直振動比水平振動更敏感。第七十七頁，共177頁。圖3-22垂直方向的振動暴露標(biāo)準(zhǔn)——暴露時間第七十八頁，共177頁。圖3-23垂直方向的振動暴露標(biāo)準(zhǔn)——疲勞和效率衰減的界限

第七十九頁，共177頁。二、環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)

●人在居住區(qū)域承受環(huán)境振動的評價，一般以剛剛感覺到的振動加速度(感覺閾)為允許界限，在界限以下可以認(rèn)為基本沒有影響。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織推薦使用ISO/DIS2631給出的環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)（表3-4）113116113899289全天車間113116113838683全天辦公室74～9777～10074～79747774夜間107～110110～113107～11077～8380～8677～83白天住宅717471717471全天嚴(yán)格控制區(qū)混合軸ZX（Y）混合軸ZX（Y）每天數(shù)次的振動連續(xù)振動、間歇振動、重復(fù)振動振動級（

）/dB時間地點表3-4ISO建筑物內(nèi)振動標(biāo)準(zhǔn)

第八十頁，共177頁。三、城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)●我國《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》（GB10070-88）中規(guī)定的有關(guān)城市各類區(qū)域鉛垂方向振級標(biāo)準(zhǔn)值。適用地帶范圍晝間/dB夜間/dB特殊住宅區(qū)6565居民文教區(qū)7067混合區(qū)、商業(yè)中心區(qū)7572工業(yè)集中區(qū)7572交通干線道路兩側(cè)7572鐵路干線兩側(cè)8080表3-5城市各類區(qū)域鉛垂方向振級標(biāo)準(zhǔn)值

第八十一頁，共177頁。振動控制的任務(wù)：通過一定手段使受控對象振動水平滿足預(yù)定要求。受控對象：各類產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的統(tǒng)稱。第四節(jié)振動控制技術(shù)第八十二頁，共177頁。

(1)確定振源特性與振動特征(2)確定振動控制水平(3)確定振動控制方法(4)進行分析與設(shè)計(5)實現(xiàn)振動控制不同性質(zhì)的振源引起的振動不同，解決的方法也不同；首先要確定振源的位置、激勵特性(簡諧性、周期性、窄帶隨機性或?qū)拵щS機性)；振動特征(受迫型、自激型或參激型)等。實現(xiàn)控制振動的目的需經(jīng)歷的五個環(huán)節(jié)

第八十三頁，共177頁。

(1)確定振源特性與振動特征(2)確定振動控制水平(3)確定振動控制方法(4)進行分析與設(shè)計(5)實現(xiàn)振動控制實現(xiàn)控制振動的目的需經(jīng)歷的五個環(huán)節(jié)

確定衡量振動水平的量及其指標(biāo)：位移、速度或加速度、應(yīng)力等，也可以是其最大值或均方根值。

第八十四頁，共177頁。

(1)確定振源特性與振動特征(2)確定振動控制水平(3)確定振動控制方法(4)進行分析與設(shè)計(5)實現(xiàn)振動控制實現(xiàn)控制振動的目的需經(jīng)歷的五個環(huán)節(jié)

振動控制方法包括隔振、吸振、阻振、消振及結(jié)構(gòu)修改等，各自的適用性不同。第八十五頁，共177頁。

(1)確定振源特性與振動特征(2)確定振動控制水平(3)確定振動控制方法(4)進行分析與設(shè)計(5)實現(xiàn)振動控制實現(xiàn)控制振動的目的需經(jīng)歷的五個環(huán)節(jié)

建立受控對象與控制裝置(如吸振器、隔振器、阻尼器等)的力學(xué)模型、進行振動分析;對控制裝置參數(shù)與結(jié)構(gòu)的設(shè)計第八十六頁，共177頁。

(1)確定振源特性與振動特征(2)確定振動控制水平(3)確定振動控制方法(4)進行分析與設(shè)計(5)實現(xiàn)振動控制實現(xiàn)控制振動的目的需經(jīng)歷的五個環(huán)節(jié)

將控制裝置的結(jié)構(gòu)與參數(shù)從設(shè)計轉(zhuǎn)化為實物?？蓪崿F(xiàn)性是振動控制研究中必須注意的重要問題。

第八十七頁，共177頁。一、振動源控制●二、機械振動控制三、彈性減振四、阻尼減振●●●五、沖擊減振●六、傳播途徑的減振對策

●●七、振動衰減

第八十八頁，共177頁。引起振動的原因主要有三種

突然的作用力或反作用力引起的沖擊振動

旋轉(zhuǎn)機械靜平衡力或動平衡力產(chǎn)生的不平衡力引起振動

往復(fù)機械本身不平衡引起振動

振源控制方法:改進振動設(shè)備的設(shè)計；提高制造加工裝配精度。一、振動源控制●第八十九頁，共177頁。機械設(shè)備產(chǎn)生的振動類型

穩(wěn)態(tài)振動

沖擊振動

產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)振動的機器有風(fēng)機、水泵、發(fā)電機等旋轉(zhuǎn)式機器及柴油機、往復(fù)式空氣壓縮機等往復(fù)式機器

產(chǎn)生沖擊振動的機器有鍛錘、沖床、剪板機、折邊機、壓力機及打樁機等沖擊式機器

兩種類型的振動控制及隔離方法都有所不同

二、機械振動控制●第九十頁，共177頁。（一）降低機械的振動加速度二、機械振動控制●（二）利用支承臺架質(zhì)量的減振措施（三）利用動力吸振的減振措施第九十一頁，共177頁。（一）降低機械的振動加速度降低機械的振動加速度的措施：采用使自由振幅倍率減小的設(shè)計。自由振幅倍率（加速度振幅倍率）定義式

（3-45）

自由位移振幅。ζ阻尼比與ω/ω0相關(guān)第九十二頁，共177頁。頻率比ω/ω0<1時，自由振幅倍率急劇減??；ω/ω0=0.3時，全部為0.1；ω/ω0=1時，為無窮大；ω/ω0>3時，全部為1。圖3-24自由振幅倍率曲線

第九十三頁，共177頁。（二）利用支承臺架質(zhì)量的減振措施

激振力頻率f與系統(tǒng)固有頻率f0之比，即頻率比ω/ω0為（3-46）

機械質(zhì)量m越大，彈簧勁度k越小，激振力頻率f越大時，則ω/ω0越大。阻尼小的情況當(dāng)ω/ω0＞1時，機械質(zhì)量m越大，ω/ω0也越大，自由振幅倍率減小

當(dāng)ω/ω0＜1時，m越小，ω/ω0也越小，自由振幅倍率減小減振措施通過增減機械支承臺架的質(zhì)量能夠降低振動加速度。調(diào)節(jié)支承臺架質(zhì)量，使機械位移振幅控制在容許值以內(nèi)。第九十四頁，共177頁。

位移振幅為

質(zhì)量m為

若要控制位移振幅在許可位移振幅以下，可按上式求得相應(yīng)的質(zhì)量m或彈性勁度k。（3-48）

（3-47）

第九十五頁，共177頁?！纠?-2】質(zhì)量70㎏的機械轉(zhuǎn)速為600rmp,每轉(zhuǎn)一圈在垂直方向產(chǎn)生60N的激振力。該機械固定在水泥臺上，欲通過架臺下的彈性支撐（圖3-25）傳遞1/3的激振力。在無阻尼情況下試求（1）系統(tǒng)的固有頻率；（2）將機械的許可位移控制在0.2㎜的水泥臺質(zhì)量；（3）水泥臺下敷設(shè)的彈性材料的總勁度系數(shù)解：（1）系統(tǒng)的固有頻率由式（3-47），知

，即

得，f0=5Hz

（2）系統(tǒng)總質(zhì)量

水泥臺的質(zhì)量（100–70）kg=30㎏

（3）總勁度系數(shù)k=100×(2π×5)2㎏/s2≒100000㎏/s2=

100kN/m

圖3-25支承臺架質(zhì)量減振第九十六頁，共177頁。（三）利用動力吸振的減振措施當(dāng)外力的頻率與質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的固有頻率接近時，就會產(chǎn)生共振。當(dāng)機械安裝不良而形成共振狀態(tài)等情況，可采用動力吸振器的方法，作為減振處理措施之一。二自由度無阻尼系統(tǒng)：如圖3-26所示，當(dāng)彈簧上的機械質(zhì)量M的振幅異常大時，在M上通過彈簧k再加以質(zhì)量m（吸振器），即二自由度無阻尼系統(tǒng)。圖3-26動力吸振器第九十七頁，共177頁。在二自由度無阻尼系統(tǒng)中（3-49）機械的質(zhì)量M的位移振幅

為式中

，。

吸振器質(zhì)量m的位移振幅

為（3-50）

式中

，。

第九十八頁，共177頁。討論。

要使機械的質(zhì)量M的位移振幅趨近于0，就要

此時吸振器施加給機械的力與外力相互抵消

理論上機械處于靜止?fàn)顟B(tài)。

機械處于共振狀態(tài)的前提是

則有（3-51）

有阻尼情況下的動力吸振器減振機理很復(fù)雜，有專著論述。

第九十九頁，共177頁。圖3-27動力吸振器引起的共振頻率的變化

（a）：機械發(fā)生共振（b）：機械避開了狀態(tài)（a）的共振，形成了兩個新的共振點

圖3-28可滑動調(diào)節(jié)的動力吸振器

應(yīng)用實例：圖3-28所示為質(zhì)量部分可以滑動調(diào)節(jié)的吸振器。

第一百頁，共177頁?！纠?-3】質(zhì)量為200㎏的機械被支撐在彈性系數(shù)為300kN/m的彈簧上，由于設(shè)計失誤，運行時發(fā)生共振。欲采用動力吸振器的方法，在機械上部設(shè)置50㎏的附加質(zhì)量，試求在附加質(zhì)量下所用彈簧的彈性系數(shù)應(yīng)為多大？解：要使主振動系統(tǒng)與附加質(zhì)量的振動系統(tǒng)的固有頻率一致，按式（3-51）

于是第一百零一頁，共177頁。（一）彈性減振原理

（二）彈性減振方法

三、彈性減振●第一百零二頁，共177頁。（一）彈性減振原理

振動傳遞系數(shù)τ：通過隔振元件傳遞的力與激振力的比值最常用的描述和評價隔振效果的物理量。

定義式（3-52）

原理：用彈性材料支撐機械，使傳遞到基礎(chǔ)的激振力減少

。

第一百零三頁，共177頁。以阻尼比ζ=c/c0為參數(shù)，將式（3-52）繪成圖(3-29)圖3-29振動傳遞系數(shù)圖討論

振動傳遞系數(shù)τ的特性（1）f＜＜f0的區(qū)域

（2）0＜f＜f0的區(qū)域

（3）f=f0的區(qū)域

（4）f≒f0的區(qū)域

（5）f＞f0的區(qū)域

τ接近于1，振動完全被傳遞，無減振效果。第一百零四頁，共177頁。以阻尼比ζ=c/c0為參數(shù)，將式（3-52）繪成圖(3-29)圖3-29振動傳遞系數(shù)圖討論

振動傳遞系數(shù)τ的特性（1）f＜＜f0的區(qū)域

（2）0＜f＜f0的區(qū)域

（3）f=f0的區(qū)域

（4）f≒f0的區(qū)域

（5）f＞f0的區(qū)域

τ＞1，傳遞力大于激振力，振動被放大；隔振系統(tǒng)設(shè)計失敗。若增大阻尼，可使τ減小。

第一百零五頁，共177頁。以阻尼比ζ=c/c0為參數(shù)，將式（3-52）繪成圖(3-29)圖3-29振動傳遞系數(shù)圖討論

振動傳遞系數(shù)τ的特性（1）f＜＜f0的區(qū)域

（2）0＜f＜f0的區(qū)域

（3）f=f0的區(qū)域

（4）f≒f0的區(qū)域

（5）f＞f0的區(qū)域

τ最大，發(fā)生共振；防振設(shè)計中須極力避免這種狀態(tài)。

第一百零六頁，共177頁。以阻尼比ζ=c/c0為參數(shù)，將式（3-52）繪成圖(3-29)圖3-29振動傳遞系數(shù)圖討論

振動傳遞系數(shù)τ的特性（1）f＜＜f0的區(qū)域

（2）0＜f＜f0的區(qū)域

（3）f=f0的區(qū)域

（4）f≒f0的區(qū)域

（5）f＞f0的區(qū)域

；τ與阻尼有無和阻尼的大小均無關(guān)；此時傳遞力與激振力相同。第一百零七頁，共177頁。以阻尼比ζ=c/c0為參數(shù)，將式（3-52）繪成圖(3-29)圖3-29振動傳遞系數(shù)圖討論

振動傳遞系數(shù)τ的特性（1）f＜＜f0的區(qū)域

（2）0＜f＜f0的區(qū)域

（3）f=f0的區(qū)域

（4）f≒f0的區(qū)域

（5）f＞f0的區(qū)域

τ＜1，傳遞力小于激振力，有防振效果。頻率越高，τ

越??；阻尼越大，τ

越大。ζ=0時，τ

最小，防振效果最大。此即彈性減振的原理。第一百零八頁，共177頁。實際防振設(shè)計中，實施彈性減振的方案：方案1：先確定質(zhì)量，再選定彈簧；方案2：先大致選擇彈簧，再用附加質(zhì)量調(diào)節(jié)彈簧所支承的質(zhì)量；方案3：選定彈簧個數(shù)，調(diào)節(jié)所支承的質(zhì)量。討論防振設(shè)計時須注意由彈性支撐決定的振動傳遞系數(shù)τ?。?！第一百零九頁，共177頁。在忽視阻尼，τ＜1時（3-53）

又，，代入上式，則（3-54）

若ω和k都不變，欲使振動傳遞系數(shù)為τ′（τ′

＜τ），可依據(jù)下式附加質(zhì)量來實現(xiàn)。

（3-55）

討論第一百一十頁，共177頁?！纠?-4】質(zhì)量1700㎏轉(zhuǎn)速1200rpm的空壓機，每轉(zhuǎn)在垂直方向產(chǎn)生1%的激振力。為防振在6個點設(shè)置彈性支撐，欲設(shè)計頻率比為3，以下值應(yīng)如何確定？（1）每一彈性材料的負(fù)荷（W）；（2）固有頻率（）；（3）勁度系數(shù)（k）；（4）振動傳遞系數(shù)（τ）。解：（1）每一彈性材料的負(fù)荷

（2）固有頻率

（3）勁度系數(shù)

（4）振動傳遞系數(shù)

第一百一十一頁，共177頁。積極隔振（主動隔振）

消極隔振（被動隔振）

圖3-30積極隔振示意圖

圖3-31消極隔振示意圖

在機器與基礎(chǔ)間安裝彈性支承（隔振器），減少機器振動激振力向基礎(chǔ)的傳遞量，迫使機器的振動得以有效隔離的方法作用:降低設(shè)備擾動對周圍環(huán)境的影響，同時使設(shè)備自身振動較小。風(fēng)機、水泵、壓縮機及沖床的隔振在設(shè)備與基礎(chǔ)間安裝彈性支承（隔離器），減少基礎(chǔ)的振動對設(shè)備的影響程度，使設(shè)備能正常工作或不受損害。作用:減小地基的振動對設(shè)備的影響，使設(shè)備的振動小于地基的振動，達到保護設(shè)備的目的。

精密儀器設(shè)備的隔振，房屋下安裝隔振器防止地震破壞。（二）彈性減振方法

第一百一十二頁，共177頁。四、阻尼減振●自由阻尼層減振

約束阻尼層減振

圖3-32阻尼層示意圖

方法：在結(jié)構(gòu)表面直接粘貼阻尼材料。原理：當(dāng)結(jié)構(gòu)振動時，粘貼在表面的阻尼材料產(chǎn)生拉伸壓縮變形，將振動能轉(zhuǎn)化為熱能，實現(xiàn)減振效果；

方法：在結(jié)構(gòu)的基板表面粘貼阻尼材料后，再貼上一層剛度較大的約束板。原理：結(jié)構(gòu)振動時，處于約束板和基板之間的阻尼材料產(chǎn)生拉伸壓縮變形，將部分振動能轉(zhuǎn)化為熱能，達到減小結(jié)構(gòu)振動的目的阻尼減振方法(a)自由阻尼層

（b）約束阻尼層

第一百一十三頁，共177頁。積極沖擊隔離減振隔離鍛壓機、沖床及其他具有脈沖沖擊力的機械，以減少其對環(huán)境的影響。

脈沖沖擊的隔離減振

消極沖擊隔離減振隔離基礎(chǔ)的脈沖沖擊，使安裝在基礎(chǔ)上的電子儀器及精密設(shè)備能正常工作。

五、沖擊減振●第一百一十四頁，共177頁。五、沖擊減振●圖3-33單自由度沖擊隔振系統(tǒng)沖擊傳遞系數(shù)

式中，、—分別為積極沖擊傳遞系數(shù)和消極沖擊傳遞系數(shù)。第一百一十五頁，共177頁。積極沖擊隔離和消極沖擊隔離的傳遞系數(shù)估算相同，即隔離原理是相同的。沖擊傳遞系數(shù)與系統(tǒng)的固有頻率成正比，即系統(tǒng)的固有頻率越小，傳遞系數(shù)越?。桓綦x支承的阻尼越大、傳遞系數(shù)越小。為了達到一定的隔離效果，須選擇較軟的剛度低的彈性支承并設(shè)法增大彈性支承的阻尼。討論第一百一十六頁，共177頁。沖擊隔離與緩沖的區(qū)別沖擊隔離是在機器、設(shè)備、儀器與基礎(chǔ)間安裝彈性支承（隔振器）。緩沖是使緩沖材料介于相互碰撞的物體之間，使碰撞的沖擊力比直接碰撞低，如汽車緩沖器、飛機著陸架等。

沖擊隔離與振動隔離的區(qū)別與相似點沖擊隔離是隔離機械的脈沖沖擊力。振動隔離是降低設(shè)備自身振動或減小基礎(chǔ)振動的影響。

一些設(shè)備的隔振系統(tǒng)或有些隔振器同時具有隔振和防沖擊的作用。第一百一十七頁，共177頁。若振源振動難以消除時，需要考慮采取措施阻斷振動的傳播途徑，以減輕振動

六、傳播途徑的減振對策

●第一百一十八頁，共177頁。

傳播途徑的減振對策

距離衰減

防振溝

隔墻六、傳播途徑的減振對策

●第一百一十九頁，共177頁。討論增大距離，使受影響對象遠(yuǎn)離振源，可實現(xiàn)減振目的。當(dāng)距離為4～20m左右時，距離增大一倍，振動衰減3～6dB；當(dāng)距離大于20m時，距離增大一倍，振動衰減6dB以上。

一般情況下不提倡防振溝。為使振動下降6dB以下，溝深度要達5～10m；施工、維護困難，一旦積水，效果就受影響?！恋谝话俣?，共177頁。討論振源產(chǎn)生的沿地面?zhèn)鞑サ牟▌樱锌v波、橫波、表面波。一般在堅硬的基礎(chǔ)上存在表面層時，瑞利波的速度受到頻率的影響，這種現(xiàn)象稱為頻散。頻率增高時，該速度與表面層的橫波速度接近；頻率降低時，則與基底層的橫波速度接近。樂甫波只限于在基礎(chǔ)上有比較柔軟的表面層的情況下存在。振動僅與波的前進方向成直角的水平面內(nèi)產(chǎn)生，也具有頻散性。第一百二十一頁，共177頁。討論地基的種類和縱波、橫波傳播速度的大致值。所測量的地表振動是這些波的合成，表面波傳播速度為橫波傳播速度的95%～98％左右。表3-6地基的種類與縱波、橫波傳播速度的大致值地基種類縱波速度/m·s-1橫波速度/m·s-1沖擊黏土或淤泥300～80080～150沖擊沙或沙礫300～1500120～250沖擊沙或黏土500～1500150～500沖擊沙或沙礫800～2000250～800沙巖1000～2000500～1200巖石2000～6000800～2000第一百二十二頁，共177頁。地基經(jīng)常性微動：地基經(jīng)常性存在的具有固有特殊周期的微弱振動?。。∈且环N必須引起重視的地基的特征振動。與地基種類相對應(yīng)，地基越硬，微弱振動的頻率越高，固有周期越短

若以接近這種振動的頻率激振，則波動隨距離的衰減不大，會引起振動污染。若地面建筑物的固有頻率與該頻率相近，則建筑物容易因共振而受到激勵。第一百二十三頁，共177頁。●七、振動衰減

設(shè)地面為半無限勻質(zhì)彈性體，、分別為距離、處的振動級，處地基的彈性系數(shù)為k，則距離和兩地間的振動距離衰減為（3-57）

實際振動距離衰減多遵從平方反比定律，即距離增大一倍衰減6dB。但這并不意味幾何衰減（擴散衰減）項以規(guī)律減少，而是由地基引起的內(nèi)部擴散（振動能吸收）更大安裝機械設(shè)備時，要確切地了解附近的地基特性，通過試驗求得距離衰減量，據(jù)此推算振源與周圍受振體的合適距離。第一百二十四頁，共177頁。討論地層為多層重疊在堅硬層上部有厚度為

H的黏土層若，橫波傳播速度為v，則通常以頻率（3-58）形成固有振動，并隨機械而產(chǎn)生共振，注意避免?。?！圖3-34各種地面狀況第一百二十五頁，共177頁。討論地層中間有柔軟層，固有振動頻率為v/2H當(dāng)以間距D安裝多臺機械時，激振力的頻率為

地面振幅大于基礎(chǔ)振幅，也能形成二次振源，須注意機械的間距。拉開距離以減少振動是防振的必要措施。

（3-59）圖3-34各種地面狀況第一百二十六頁，共177頁?！纠?-5】規(guī)定工廠邊界的振動級為60dB，在距某機械5m處測得的振動級為75dB，該機械至少應(yīng)設(shè)置在距廠界多遠(yuǎn)處？

解得，

解：由式（3-57），得

該機械至少應(yīng)設(shè)置在距廠界大于30m處。

第一百二十七頁，共177頁。一、減振材料●二、減振裝置三、振動污染的控制●●第五節(jié)減振材料與裝置及其應(yīng)用第一百二十八頁，共177頁。（一）隔振材料

（二）阻尼材料

一、減振材料●第一百二十九頁，共177頁。

常用的隔振材料

橡膠

軟木

玻璃纖維毛氈（一）隔振材料

第一百三十頁，共177頁。1.橡膠

最常用的隔振材料。肋狀墊鏤孔墊釘子墊WJ型墊圖3-35橡膠墊常見型式橡膠隔振墊的剛度由橡膠彈性模量和幾何形狀決定。

表面的凸臺或肋狀能增加隔振墊的壓縮量，使固有頻率降低。

凸臺的疏密直接影響隔振墊的技術(shù)性能

。

第一百三十一頁，共177頁。WJ型橡膠墊：一種新型橡膠墊。結(jié)構(gòu)：在橡膠墊的兩面有不同高度的圓臺，分別交叉配置。隔振原理：在載荷作用下，較高的凸圓臺受壓變形，較低的圓臺尚未受壓時，其中間部分受載而彎成波浪形，振動能量通過交叉圓臺和中間彎曲波傳遞，能較好地分散并吸收任意方向的振動。特點：由于原凸面斜向地被壓縮，起到制動作用，在使用中無須緊固措施，即可防止機器滑動，承載越大，越不易滑移。第一百三十二頁，共177頁。性質(zhì):彈性模量：一般軟木靜態(tài)彈性模量約為1.3×106Pa，動態(tài)彈性模量約為靜態(tài)彈性模量的2～3倍。固有頻率：軟木隔振系統(tǒng)的固有頻率一般可控制在20～30Hz范圍內(nèi)。

軟木的靜態(tài)壓縮量中有一部分是永久變形，計算固有頻率時應(yīng)扣除這一部分不可恢復(fù)的壓縮量。

2.軟木

第一百三十三頁，共177頁。優(yōu)點：質(zhì)輕、耐腐蝕、保溫性能好、加工方便等。缺點：不適于低頻隔振

。隔振效果影響因素：粒度、軟木層厚度、載荷大小、結(jié)構(gòu)形式。2.軟木

第一百三十四頁，共177頁。優(yōu)點:耐腐蝕、防火、彈性好，性能不隨溫度變化性質(zhì)及用途：

主要用于機器設(shè)備及特殊建筑物基礎(chǔ)的隔振。容重約800～1200N/m3，纖維直徑約8～10μm，宜作隔振墊層。容重小，纖維直徑小的宜作吸聲材料。常用的玻璃纖維板承載力為（1～2）×104Pa，阻尼比0.04～0.07，自由狀態(tài)的最佳厚度易取5～15cm范圍，隔振系統(tǒng)的固有頻率為5～10Hz。3.玻璃纖維毛氈第一百三十五頁，共177頁。毛氈優(yōu)點:價廉、安裝方便，可根據(jù)需要切成任何形狀和大小，并可重疊放置，獲得良好的隔振效果。要求：防腐防蟲易用油紙或塑料薄膜予以包裹縫隙易用瀝青涂抹密封

第一百三十六頁，共177頁。（二）阻尼材料

1.阻尼材料的種類彈性阻尼材料:

橡膠類、瀝青類和塑料類

復(fù)合材料:

層壓材料、混合材料

阻尼合金：

基體包括鐵基、鋁基等

庫侖摩擦阻尼材料：

不銹鋼絲網(wǎng)、鋼絲繩、玻璃纖維

其他類：

阻尼陶瓷、玻璃等

第一百三十七頁，共177頁。損耗因子β

:阻尼層特性參數(shù)衡量材料的阻尼特性β值越大，材料的阻尼性能越好。

阻尼層與金屬面的結(jié)合有自由阻尼層和約束阻尼層兩種形式。在機器空穴或磚墻的空隙中填充干砂，可以經(jīng)濟有效地提高結(jié)構(gòu)的損耗因子，增加結(jié)構(gòu)內(nèi)振動噪聲的減弱。阻尼材料特性評價

第一百三十八頁，共177頁。優(yōu)點：阻尼損耗因子很大、減振性能良好。

缺點：溫度適應(yīng)性較窄，微小溫變會引起阻尼特性的較大改變。

由于熱性能不夠穩(wěn)定，不能作為機器本身的結(jié)構(gòu)件，不適用于高溫場合。彈性阻尼材料阻尼材料特性評價

第一百三十九頁，共177頁。優(yōu)點：施工工藝簡單，有較好的控制結(jié)構(gòu)振動和降低噪聲的效果。

結(jié)構(gòu)：以彈性阻尼材料作為阻尼夾芯層，再同金屬或非金屬結(jié)構(gòu)材料組合成夾層結(jié)構(gòu)板和梁等型材，經(jīng)機械加工制成各種結(jié)構(gòu)件。

復(fù)合材料阻尼材料特性評價

第一百四十頁，共177頁。阻尼材料特性評價

優(yōu)點：大阻尼合金具有比一般金屬材料大得多的阻尼值；導(dǎo)熱性好，耐高溫；可直接用作機器的零部件，缺點：價格貴。阻尼合金的開發(fā)彌補了彈性阻尼材料的不足。阻尼合金第一百四十一頁，共177頁。（二）阻尼材料

2.阻尼材料的影響因素（1）溫度的影響

（2）頻率的影響

（3）其他因素的影響第一百四十二頁，共177頁。（1）溫度的影響

圖3-36某頻率下，E′、β隨溫度變化曲線

溫度是影響阻尼材料的彈性模量E′和阻尼損耗因子β的重要因素。Ⅰ區(qū)：玻璃態(tài)區(qū)材料E′值最大，且隨Tw升高緩慢減小β值最小，但上升速率較大。Ⅱ區(qū)：玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)隨溫度的升高，E′值急劇下降，當(dāng)Tw=Tgw時，β達最大值。

Ⅲ區(qū)：高強態(tài)區(qū)或類橡膠態(tài)區(qū)E′與β都很小，且隨溫度增加而減小，變化很小。第一百四十三頁，共177頁。（2）頻率的影響

溫度一定，E′，β隨頻率變化彈性模量E′隨頻率f的增加始終呈增加趨勢，損耗因子β在一定的頻率下有最大值。

圖3-37某溫度下，E′、β隨頻率變化曲線

第一百四十四頁，共177頁。（2）頻率的影響

圖3-37某溫度下，E′、β隨頻率變化曲線

定性考察E′曲線阻尼材料的頻率特性與溫度特性相反。即阻尼材料的低溫特性對應(yīng)高頻特性，而高溫特性對應(yīng)于低頻特性。第一百四十五頁，共177頁。（3）其他因素的影響

動態(tài)應(yīng)變增加，則彈性模量E′減少，阻尼損耗因子β增加。動態(tài)應(yīng)變

靜態(tài)預(yù)載增加，彈性模量E′增加，阻尼損耗因子β下降。靜態(tài)預(yù)載

動態(tài)應(yīng)變、靜態(tài)預(yù)載：影響阻尼材料高彈區(qū)動態(tài)特性。第一百四十六頁，共177頁。隔振器

是用來減弱沖擊、振動傳輸?shù)臉?gòu)件通常是彈性的支撐物。

用于在某一頻率范圍內(nèi)衰減振動傳輸?shù)母綦x器。

機械設(shè)備和基礎(chǔ)之間須選擇合理的隔振材料或隔振裝置。

二、減振裝置●第一百四十七頁，共177頁。工程常用減振裝置1.鋼彈簧隔振器

2.橡膠隔振器3.空氣彈簧4.液體彈簧第一百四十八頁，共177頁。1.鋼彈簧隔振器

圖3-38鋼彈簧隔振器型式

鋼絲繩螺旋彈簧

不銹鋼鋼絲繩彈簧

碟形彈簧

螺旋柱簧

螺旋板簧

螺旋錐簧

板簧

拉簧

折板簧

鋼彈簧是最常用的一種隔振器，常用的有圓柱彈簧和板彈簧。

第一百四十九頁，共177頁。1.鋼彈簧隔振器

常用彈簧隔振器的用途各類風(fēng)機、空壓機、球磨機、破碎機等大中小型的機械設(shè)備。螺旋彈簧隔振器

由幾塊鋼板疊合制成，利用鋼板的摩擦獲得適宜的阻尼比，只在一個方向上有減振作用；一般用于火車、汽車的車體減振和只有垂直沖擊的鍛錘基礎(chǔ)隔振。板彈簧隔振器

第一百五十頁，共177頁。1.鋼彈簧隔振器

優(yōu)點：持有較大的靜態(tài)壓縮量，能使隔振系統(tǒng)獲得很低的固有頻率，適宜低頻隔振；承載能力較大，性能穩(wěn)定；結(jié)實耐用、尺寸小、耐高溫、耐腐蝕。

缺點：自身阻尼較低，致使共振區(qū)傳遞系數(shù)較大，易于傳遞高頻振動。第一百五十一頁，共177頁。1.鋼彈簧隔振器

安裝注意

應(yīng)使各彈簧的自由高度盡量一致，基礎(chǔ)底面要平整，使各彈簧在平面上均勻?qū)ΨQ，受壓均衡；機組的重心一定要落在各彈簧幾何中心上；整個振動系統(tǒng)的重心要盡量低，以保證機組運行的穩(wěn)定性。

第一百五十二頁，共177頁。2.橡膠隔振器隔振器按受力情況分為壓縮型、剪切型、壓縮-剪切復(fù)合型。工程廣泛使用，主要由硬度適宜的橡膠材料制成，其形狀、面積和高度均根據(jù)受力情況進行設(shè)計。

適用于壓縮、剪切和切壓狀態(tài)，不宜用于拉伸狀態(tài)，受剪切的隔振效果一般比受壓縮的隔振效果好。

圖3-39橡膠隔振器型式

第一百五十三頁，共177頁。2.橡膠隔振器優(yōu)點：阻尼特性良好，在共振區(qū)不致造成過大的振動，甚至接近共振點還能完全適用；固有頻率低，隔振緩沖和隔聲性能好，對吸收機械高頻振動的能量較突出；可設(shè)計成各種形狀和不同剛度，適應(yīng)工程實際需要。缺點：不耐高溫、易老化，導(dǎo)致彈性劣化，在高溫下使用性能不好，低溫下彈性系數(shù)也會改變。天然橡膠隔振器使用溫度為30～60℃。橡膠忌油污，油中使用時須改用丁腈橡膠。

第一百五十四頁，共177頁。3.空氣彈簧（氣墊）

圖3-40空氣彈簧的構(gòu)造原理

當(dāng)負(fù)荷振動時，空氣在空氣室與貯氣室間流動，可通過閥門調(diào)節(jié)壓力。橡膠空腔內(nèi)充入的帶壓氣體使隔振器具有一定彈性，實現(xiàn)隔振目的?？諝鈴椈筛皆O(shè)有自動調(diào)節(jié)機構(gòu)，當(dāng)負(fù)荷改變時，可調(diào)節(jié)橡膠腔內(nèi)的氣體壓力，使之保持恒定的靜態(tài)壓縮量。

原理第一百五十五頁，共177頁。優(yōu)點：隔振效率高，固有頻率低（＜1Hz）；工業(yè)用消聲室，在數(shù)百噸混凝土結(jié)構(gòu)下墊上空氣彈簧，向內(nèi)充氣壓力達10個大氣壓，固有頻率接近1Hz。具有黏性阻尼，隔振性能良好；多用于火車、汽車和一些消極隔振的場合。缺點：需要有壓縮氣源及一套復(fù)雜的輔助系統(tǒng)，造價昂貴；荷重只限于單一方向，故一般工程上很少采用。

3.空氣彈簧（氣墊）

第一百五十六頁，共177頁。4.液體彈簧圖3-41液體彈簧隔振機構(gòu)

原理：利用水的浮力和空氣的彈性

空腔內(nèi)外的水頭差而產(chǎn)生的水壓通過空腔內(nèi)的空氣層，作用于臺架的底部，臺架上將承受與其排水量相等的上浮力。鍛造機安裝在下部有空腔的臺架上，空腔朝下開放，整個機身浮在水槽內(nèi)，水槽則設(shè)在地坪上。在構(gòu)