第二章(第5節(jié))單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)

2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用1自由振動(dòng)在工程中的應(yīng)用―(1)榔頭敲擊車輪檢測(cè)火車故障

檢修工人手持榔頭敲擊火車的車輪等部位，這就是通過聽敲擊后車輪等部位發(fā)出的聲音來檢測(cè)列車的關(guān)鍵部位是否有損傷。

因?yàn)槿绻囕嗇S有損傷或有小裂紋，用擲頭一敲，車輪軸系統(tǒng)將發(fā)生自由振動(dòng)，其振動(dòng)的頻率與輪軸材料的彈性有關(guān)，損傷或有裂紋的部位會(huì)引起材料的彈性發(fā)生改變，這樣固有頻率也將發(fā)生變化，聽到的聲音頻率也就不一樣。2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用1自由振動(dòng)在工程中的應(yīng)用―(2)弦樂器的演奏

在弦樂器的演奏中，一根弦所產(chǎn)生的振動(dòng)頻率和弦的拉緊的程度以及振動(dòng)部分的弦長有關(guān)。所以，在交響樂等音樂會(huì)正式開始之前，音樂家們都要通過松緊弦來調(diào)整弦的張力以調(diào)節(jié)琴的基調(diào)，使得演奏時(shí)樂器發(fā)出準(zhǔn)確頻率的音樂。在演奏中，音樂家通過用手指壓迫琴弦的不同位置以改變琴弦的振動(dòng)頻率，從而奏出變化多端的美妙樂曲。在提琴和二胡等弦樂器的演奏中，音樂家左手壓迫琴弦時(shí)會(huì)在壓迫點(diǎn)附近輕微抖動(dòng)，稱為柔弦，這樣，使得琴弦奏出以一個(gè)頻率為主的多種頻率的復(fù)合音，從而使得音色更加豐滿。2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(1)阻尼材料

由于阻尼可以使振動(dòng)衰減，所以在工程實(shí)際中，阻尼的應(yīng)用十分廣泛，并且恰當(dāng)?shù)淖枘徇€可以使振動(dòng)幾乎消失，這為消除有害振動(dòng)提供了有效途徑。阻尼材料

塑料、橡膠、阻尼陶瓷、阻尼合金、等等。2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(2)機(jī)械系統(tǒng)隔振工程上許多機(jī)械設(shè)備，如精密機(jī)床，往往被固定在較重的混凝土基礎(chǔ)之上，在基礎(chǔ)與地面之間鋪設(shè)一層彈性阻尼襯墊，以隔絕外界振動(dòng)的干擾，如圖所示。在機(jī)械系統(tǒng)中出現(xiàn)自激振動(dòng)的例子很多，如機(jī)床的切削過程，旋轉(zhuǎn)軸的油膜振動(dòng)，機(jī)翼的顫振等等，這都是工程實(shí)際中還在繼續(xù)研究的問題，人們企圖在設(shè)計(jì)過程中預(yù)計(jì)不發(fā)生這種振動(dòng)，因?yàn)檫@種振動(dòng)一開始就表現(xiàn)為不穩(wěn)定的增長運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致事故。2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(2)機(jī)械系統(tǒng)隔振在重型鍛錘隔振系統(tǒng)中應(yīng)用粘滯阻尼減振器振動(dòng)造成45

度裂縫

重型鍛錘是機(jī)械、冶金、汽車、船舶等行業(yè)廣泛使用的重要設(shè)備。鍛錘在鍛打坯料時(shí)將產(chǎn)生嚴(yán)重的振動(dòng)和噪聲，許多生產(chǎn)車間的勞動(dòng)條件因之而惡化，錘基的振動(dòng)，又通過土壤傳給周圍環(huán)境，對(duì)鍛工、廠房、精密儀器儀表及工廠周圍的居民生活構(gòu)成一大公害。2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(2)機(jī)械系統(tǒng)隔振彈簧—粘帶阻尼減振器鍛錘安裝了減振隔振系統(tǒng)之后，鍛錘使用過程中對(duì)周圍環(huán)境影響較小，且衰減較快，明顯地減少了振動(dòng)與噪聲這一公害。鍛錘直接安裝減振器2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(2)機(jī)械系統(tǒng)隔振粘滯阻尼減振器的結(jié)構(gòu)與安裝使用技術(shù)下底座直接彈性支承隔振系統(tǒng)

如圖所示為并聯(lián)粘滯阻尼彈簧隔振器成一體安裝于鍛錘機(jī)體的底部。阻尼器的特性基本上不受溫度影響。實(shí)踐證明，它已可以作為一種標(biāo)準(zhǔn)隔振方案，幾乎可以使用于所有種類的鍛錘上。鍛錘采用彈簧—粘滯阻尼減振器設(shè)備是一種最佳的選擇。2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(2)機(jī)械系統(tǒng)隔振

Santana轎車整車薄壁上粘貼高阻尼材料，以達(dá)到減振降噪的效果。2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振高大的橋梁、鐵塔等建筑物，四周用鋼索拉緊。當(dāng)受到風(fēng)力、車輛和行人激勵(lì)時(shí)，鋼索會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而使橋梁、鐵塔等建筑物穩(wěn)定性受到威脅。為此，在鋼索上裝有阻尼的動(dòng)力消振器。2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振從20世紀(jì)70年代以來，人們開始逐步地把阻尼減振技術(shù)轉(zhuǎn)用到建筑、橋梁、鐵路等工程中，并發(fā)展十分迅速。在航天航空、軍工、汽車等行業(yè)中早已應(yīng)用了阻尼器來減振消能。到20世紀(jì)末，全世界已有近100多個(gè)結(jié)構(gòu)工程運(yùn)用了阻尼器來吸能減振。2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振Maysville斜拉橋阻尼器的安置佐治亞州SidneyLanier橋2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振西雅圖Novelty橋Willamette河行人橋2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振舊金山海灣懸索大橋2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振倫敦Millennium橋全景2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振長樁阻尼器水平人字安裝阻尼器垂直人字安裝阻尼器2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振

1999年北京站抗震加固工程采用了先進(jìn)的阻尼器。在每個(gè)方向安裝16個(gè)130噸非線性液體粘滯阻尼器，阻尼器可以使原結(jié)構(gòu)的阻尼比從5%（一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）提高到了20%，從而把大震下的層向位移降低到彈性范圍內(nèi)。2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振美國前貿(mào)易中心大樓用了10000個(gè)節(jié)點(diǎn)阻尼器，使整個(gè)結(jié)構(gòu)阻尼增加了兩倍。受到風(fēng)激勵(lì)后，高樓的振幅比無節(jié)點(diǎn)阻尼器時(shí)減少80%以上。2.5有阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―橋梁、高塔等高大建筑的消振2001年9月11日紐約世貿(mào)中心110層大廈被波音767-200飛機(jī)撞擊后整體坍塌，原因是鋼制支柱在極高的溫度(

800°C)下持續(xù)受熱造成的動(dòng)力響應(yīng)。撞擊后，在結(jié)構(gòu)中傾注的飛機(jī)燃油引起大火，加熱降低了材料的屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致沿大廈周邊分布的框架管柱和大廈中心部分支柱產(chǎn)生粘塑性(蠕變)屈曲而坍塌。2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振用大石塊制造阻尼，以減小海浪對(duì)堤岸的沖擊2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用―(4)網(wǎng)球(羽毛球)拍消振網(wǎng)球拍或羽毛球拍在擊球后產(chǎn)生自由振動(dòng)，若不在下次擊球之前停止振動(dòng)，將影響再次擊球的方向和角度，為此在鐵合金管外面繞上石墨纖維，并在其外面用塑料捆扎住，由于石墨纖維外表面的庫侖阻尼，使球拍在擊球后，以最快的時(shí)間穩(wěn)定下來。2.5振動(dòng)在工程中的應(yīng)用2有阻尼自由振動(dòng)自由振動(dòng)應(yīng)用