振动污染及其控制.pptx

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1、第三章 振动污染及其控制第一节第一节 概述概述 第二节第二节 振动基础振动基础第三节第三节 振动的评价与标准振动的评价与标准第四节第四节 振动控制技术振动控制技术第五节第五节 减振材料与装置及其应用减振材料与装置及其应用 第1页/共179页二、振动污染源 三、振动的影响 一、振动与振动污染第一节 概述第2页/共179页一、振动与振动污染（一）（一）（一）（一）振动 （二）（二）（二）（二）振动污染 第3页/共179页v定义：定义：v（1）任何一个可以用时间的周期函数来描述的物理量，都称之为振动。v（2）当一个物体处于周期性往复运动的状态，即可说物体在振动。（一）（一）（一）（一）振动 第4页/

2、共179页v 振动现象振动现象v物理现象：物理现象：声、光、热等物理现象都包含振动；声、光、热等物理现象都包含振动；v生命和生活：生命和生活：心脏搏动、耳膜和声带的振动是人体心脏搏动、耳膜和声带的振动是人体的基本功能。的基本功能。v工程技术领域：工程技术领域：v桥梁和建筑物在阵风或地震激励下的振动桥梁和建筑物在阵风或地震激励下的振动v飞机和船舶在航行中的振动，飞机和船舶在航行中的振动，v机床和刀具在加工时的振动，机床和刀具在加工时的振动，v各种动力机械的振动，各种动力机械的振动，v控制系统中的自激振动等。控制系统中的自激振动等。第5页/共179页v振动污染：振动污染：振动超过一定的界限,从而对

3、人体的健康和设施产生损害,对人的生活和工作环境形成干扰,或使机器、设备和仪表不能正常工作。（二）（二）（二）（二）振动污染 第6页/共179页振动污染的特点 1.1.主观性主观性：是一种危害人体健康的感觉公害。是一种危害人体健康的感觉公害。局部性：局部性：仅涉及振动源邻近的地区。仅涉及振动源邻近的地区。瞬时性：瞬时性：是瞬时性能量污染，在环境中无是瞬时性能量污染，在环境中无残余污染物，不积累。残余污染物，不积累。振源停止，污染即振源停止，污染即消失。消失。3.3.2.2.第7页/共179页振动振动污染源污染源（一）工厂振动源（一）工厂振动源（二）工程振动源（二）工程振动源（三）道路交通振动源（

4、三）道路交通振动源（四）低频空气振动源（四）低频空气振动源 自然振源自然振源 人为振源人为振源 地震、火山爆发等自然现象地震、火山爆发等自然现象。自然振动带来的灾害难以避免，自然振动带来的灾害难以避免，只能加强预报减少损失只能加强预报减少损失。二、振动污染源 第8页/共179页p工业振动源工业振动源：旋转机械、往复机械、传动旋转机械、往复机械、传动轴系、管道振动等，如锻压、铸造、切削、轴系、管道振动等，如锻压、铸造、切削、风动、破碎、球磨以及动力等机械和各种输风动、破碎、球磨以及动力等机械和各种输气、液、粉的管道。气、液、粉的管道。p特征参数特征参数：常见工厂振源附近常见工厂振源附近p 面上加

5、速度级：面上加速度级：8080140dB140dB；p 振级：振级：6060100dB100dB；p 峰值频率：峰值频率：1010125Hz125Hz。（一）工厂振动源（一）工厂振动源第9页/共179页p工程振动源工程振动源：工程施工现场的振动源主要工程施工现场的振动源主要是打桩机、打夯机、水泥搅拌机、辗压设备、是打桩机、打夯机、水泥搅拌机、辗压设备、爆破作业以及各种大型运输机车等。爆破作业以及各种大型运输机车等。p特征参数特征参数：常见工程振源附近常见工程振源附近p振级：振级：6060100dB100dB。（二）工程振动源（二）工程振动源 第10页/共179页p 铁路振源铁路振源：p 频率：

6、一般在频率：一般在202080Hz80Hz范围内；范围内；p 离铁轨离铁轨30m30m处的振动加速度级范围处的振动加速度级范围8585100dB100dB，振动级范围，振动级范围757590dB90dB内。内。（三）道路交通振动源（三）道路交通振动源 p 公公路振源路振源：p 频率：一般在频率：一般在2 2160Hz160Hz范围内，其中范围内，其中以以5 563Hz63Hz的频率成分较为集中；的频率成分较为集中；p 振级：多在振级：多在656590dB90dB范围内。范围内。第11页/共179页p 低频空气振动低频空气振动是指人耳可听见的是指人耳可听见的100Hz100Hz左右的低频。左右的

7、低频。p如玻璃窗、门产生的人耳难以听见如玻璃窗、门产生的人耳难以听见的低频空气振动。的低频空气振动。p这种振动这种振动多发生在工厂多发生在工厂。（四）低频空气振动源（四）低频空气振动源 第12页/共179页固定式单个振动源固定式单个振动源如，一台冲床或一台水泵等如，一台冲床或一台水泵等 振动污染源振动污染源 按形式分为按形式分为 集合振动源集合振动源如，厂界环境振动、如，厂界环境振动、建筑施工场界环境振建筑施工场界环境振动动 第13页/共179页动态特征动态特征定定 义义示示 例例稳态振动稳态振动观测时间内振级变化不大的观测时间内振级变化不大的环境振动环境振动往复运动机械，如空压机、柴油机往复

8、运动机械，如空压机、柴油机等；旋转机械类，如发电机、发动等；旋转机械类，如发电机、发动机、通风机等机、通风机等冲击振动冲击振动具有突发性振级变化的环境具有突发性振级变化的环境振动振动建筑施工机械，如打桩机等；锻压建筑施工机械，如打桩机等；锻压机械，如冲床，纺锤等机械，如冲床，纺锤等无规则无规则振动振动未来任何时刻不能预先确定未来任何时刻不能预先确定振级的环境振动振级的环境振动道路交通振动、居民生活振动、房道路交通振动、居民生活振动、房屋施工，室内运动等屋施工，室内运动等铁路振动铁路振动列车行驶带来的轨道两侧列车行驶带来的轨道两侧30m30m外的环境振动外的环境振动铁路机车的运行铁路机车的运行按

9、振动源的动态特征又可分成表3-1所示的四类。表3-1 3-1 环境振动污染源动态特征 第14页/共179页三、振动的影响（一）（一）（一）（一）振动对生理的影响振动对生理的影响 （二）（二）（二）（二）振动对心理的影响振动对心理的影响（三）（三）（三）（三）振动对工作效率的影响振动对工作效率的影响 （四）（四）（四）（四）振动对构筑物的影响振动对构筑物的影响 第15页/共179页p振动的生理影响主要是损伤人的机体，振动的生理影响主要是损伤人的机体，引起循环系统、呼吸系统、消化系统、神引起循环系统、呼吸系统、消化系统、神经系统、代谢系统、感官的各种病症，损经系统、代谢系统、感官的各种病症，损伤脑

10、、肺、心、消化器官、肝、肾、脊髓、伤脑、肺、心、消化器官、肝、肾、脊髓、关节等关节等（一）（一）（一）（一）振动对生理的影响振动对生理的影响 第16页/共179页p振动对睡眠的影响试验振动对睡眠的影响试验图3-1 3-1 由锻锤振动负荷引起的觉醒率 n睡眠深度睡眠深度1 1度（浅睡眠）：振动级度（浅睡眠）：振动级60dB60dB无影响，无影响，69dB69dB以上则全部觉醒；以上则全部觉醒；n深度深度2 2度（中度睡眠）：度（中度睡眠）：606065dB65dB无影响，无影响，79dB79dB全部觉醒；因全部觉醒；因2 2度睡眠占度睡眠占8 8小时睡眠小时睡眠时间的一半以上，故影响这种睡眠的振

11、动级最令人厌烦；时间的一半以上，故影响这种睡眠的振动级最令人厌烦；n睡眠深度睡眠深度3 3度（深睡眠）度（深睡眠）:74dB:74dB以上方会觉醒，觉醒几率很低；以上方会觉醒，觉醒几率很低；n睡眠深度睡眠深度REM(REM(异相睡眠，指睡眠多梦期异相睡眠，指睡眠多梦期):):振动影响介于深度振动影响介于深度2 2度和度和3 3度之间。度之间。第17页/共179页p人们在感受到振动时，心理上会产生不愉快、烦躁、人们在感受到振动时，心理上会产生不愉快、烦躁、不可忍受等各种反应。不可忍受等各种反应。p除振动感受器官感受到振动外，有时也会看到电灯除振动感受器官感受到振动外，有时也会看到电灯摇动或水面晃

12、动，听到门、窗发出的声响，从而判断摇动或水面晃动，听到门、窗发出的声响，从而判断房屋在振动。房屋在振动。p人对振动的感受很复杂，往往是包括若干其他感受人对振动的感受很复杂，往往是包括若干其他感受在内的综合性感受。在内的综合性感受。（二）（二）（二）（二）振动对心理的影响振动对心理的影响 第18页/共179页p振动引起人体的生理和心理变化，导致工振动引起人体的生理和心理变化，导致工作效率降低。作效率降低。p振动可使振动可使视力减退视力减退，用眼工作时所花费的，用眼工作时所花费的时间加长。时间加长。p振动使人振动使人反应滞后反应滞后，妨碍肌肉运动，影响，妨碍肌肉运动，影响语言交谈，复杂工作的错误率

13、上升等。语言交谈，复杂工作的错误率上升等。（三）（三）（三）（三）振动对工作效率的影响振动对工作效率的影响 第19页/共179页p振动通过地基传递到构筑物振动通过地基传递到构筑物，导致构筑物破，导致构筑物破坏。如基础和墙壁龟裂、墙皮剥落，地基变坏。如基础和墙壁龟裂、墙皮剥落，地基变形、下沉，门窗翘曲变形，构筑物坍塌，形、下沉，门窗翘曲变形，构筑物坍塌，影影响程度取决于振动的频率和强度。响程度取决于振动的频率和强度。p由于共振的放大作用，其放大倍数可由数倍由于共振的放大作用，其放大倍数可由数倍至数十倍，因此带来了更严重的振动破坏和至数十倍，因此带来了更严重的振动破坏和危害。危害。（四）（四）（四

14、）（四）振动对构筑物的影响振动对构筑物的影响 第20页/共179页一、振动的基本物理量 二、振动的性质 三、简谐振动系统 四、波动的产生与传播 第二节 振动基础 第21页/共179页位移位移频率频率周期周期加速度加速度速度速度基本物理量基本物理量基本物理量基本物理量一、振动的基本物理量 第22页/共179页p定义：某个物理量（位移、速度或加速度）按时间的正弦或余弦规律变化的振动。（x x0 0为振幅、为振幅、为角频率）为角频率）（3-33-3）p简谐振动简谐振动是最简单的周期振动。p若正弦振动，则（3-13-1）p 位移位移（3-23-2）p 速度速度 p 加速度加速度第23页/共179页 简

15、谐振动简谐振动（正弦）的相位关系（正弦）的相位关系 图3-2 3-2 位移、速度、加速度的相位关系位移、速度和加速度位移、速度和加速度的相位关系如图所示，的相位关系如图所示，相位差为相位差为/2/2，则位，则位移和加速度相位相反。移和加速度相位相反。第24页/共179页n（一）正弦波振动（一）正弦波振动n（二）复合正弦波振动（二）复合正弦波振动n（三）冲击波振动（三）冲击波振动二、振动的性质 第25页/共179页n（一）正弦波振动（一）正弦波振动p如图，正弦波最大振幅为A，周期为T，频率为f，角速度=2f2/T，以时间t为横坐标,则瞬间振动振幅 可表示为（3-43-4）p若以距离x为横坐标,则

16、瞬间振动振幅 可表示为 （3-53-5）图3-3 3-3 正弦波 波长常数，波长常数，第26页/共179页n（二）复合正弦波振动（二）复合正弦波振动 图3-4 3-4 正弦波的合成（基波和3 3次谐波的相位影响）n振动频率相同的正弦波合振动频率相同的正弦波合成后仍是以相同频率振动成后仍是以相同频率振动的简谐振动的简谐振动。n定义：两个以上正弦波叠定义：两个以上正弦波叠加后形成的新波称为加后形成的新波称为复合复合正弦波。正弦波。l在在基基波波上上含含有有3 3次次谐谐波波(基基波波的的3 3 倍倍频频波波)的的波波形形。l相相对对于于基基波波分分别别相相差差9 90 0相相位位。l随随着着波波形

17、形移移动动，其其峰峰值值(复复合合波波的的振振幅幅)也也随随之之变变化化。l这这种种复复合合波波仍仍是是周周期期波波形形。第27页/共179页 拍频现象拍频现象 p两个频率相近的振动合成时产两个频率相近的振动合成时产生振幅周期性变化的现象。生振幅周期性变化的现象。图3-5 3-5 拍频现象（频率稍有不同的正弦波合成）p实际的振动波即便再简单，也是一个相互没有倍频关系的周期波形的实际的振动波即便再简单，也是一个相互没有倍频关系的周期波形的集合，通常是在一个波上再加上一个非周期的波动，且随时间变化，所集合，通常是在一个波上再加上一个非周期的波动，且随时间变化，所形成的冲击波也急剧变化。形成的冲击波

18、也急剧变化。第28页/共179页p冲击：冲击：指给予系统的激励。指给予系统的激励。p与该系统的固有振动周期相比，这种激励能在很短时间内终结。与该系统的固有振动周期相比，这种激励能在很短时间内终结。p实际发生的冲击波振动时间往往并不很短，而是经过数个周期的衰减振动形式的实际发生的冲击波振动时间往往并不很短，而是经过数个周期的衰减振动形式的过渡激励。过渡激励。n（三）冲击波振动（三）冲击波振动p冲击性振动：冲击性振动：冲压、锤锻之类的物体碰撞、下冲压、锤锻之类的物体碰撞、下落运动产生的振动。落运动产生的振动。p往往为往往为公害振动！公害振动！第29页/共179页冲击波示例 图3-6 3-6 冲击波

19、及其频谱示意图图图(a)(a)是典型的是典型的单一矩形冲击单一矩形冲击波波振幅振幅A A、持续时间、持续时间T T，显示，显示从低频到高频具有均一频谱从低频到高频具有均一频谱的冲击力。的冲击力。图图(b)(b)的的正弦波半周期激励正弦波半周期激励是是近似实际的冲击波谱图。是近似实际的冲击波谱图。是物体具有弹性所致结果。物体具有弹性所致结果。第30页/共179页冲击激励的响应 图3-7 3-7 冲击激励引起的单自由度系统的响应 若在质量块上施加一外来单一若在质量块上施加一外来单一冲击力时，与该质量块和弹簧冲击力时，与该质量块和弹簧系统决定的共振频率相比较，系统决定的共振频率相比较，有图有图3-7

20、3-7（b b）的）的2 2种情况种情况 。【图图(b b)】若若延延长长冲冲击击力力作作用用时时间间，在在最最初初施施加加冲冲击击力力后后和和冲冲击击力力消消除除后后，将将继继续续自自由由衰衰减减振振动动。【图图(b b)】若若冲冲击击力力时时间间极极短短，则则力力消消除除后后将将继继续续出出现现系系统统所所固固有有的的自自由由衰衰减减振振动动，即即与与力力的的波波形形无无关关的的自自由由振振动动。第31页/共179页n（一）自由振动（一）自由振动n（二）受迫振动（二）受迫振动n（三）振动体与共振（三）振动体与共振三、简谐振动系统 第32页/共179页n（一）自由振动：（一）自由振动：无外力

21、作用的振动无外力作用的振动1.1.无阻尼自由振动无阻尼自由振动2.2.有阻尼自由振动有阻尼自由振动图3 3-8 8 弹簧自由振动示意图 n在弹性系数为在弹性系数为k k的弹簧上的弹簧上 加一质量加一质量m m的重物，使其的重物，使其 产生位移后轻轻放开，产生位移后轻轻放开，则弹簧作则弹簧作无阻尼自由振动无阻尼自由振动。n实际振动系统有弹簧内摩实际振动系统有弹簧内摩 擦、滑动摩擦、空气或水擦、滑动摩擦、空气或水 的阻力等各种阻尼作用，的阻力等各种阻尼作用，是是有阻尼自由振动有阻尼自由振动。第33页/共179页p根据牛顿定律，无阻尼自由振动的运动方程式为根据牛顿定律，无阻尼自由振动的运动方程式为

22、1.1.无阻尼自由振动的计算无阻尼自由振动的计算即即（3-83-8）p当当t t0 0，时，求解，得时，求解，得（3-93-9）p即，即，为正弦波形，振动在无阻尼状态下一直持续下去。为正弦波形，振动在无阻尼状态下一直持续下去。p式（式（3-93-9）中，系统的）中，系统的固有角频率固有角频率 可表示为可表示为 或或 p于是，系统的于是，系统的固有频率固有频率（3-103-10）【讨论】与位移振幅无关与位移振幅无关。计算中需要确定计算中需要确定 值！值！K-劲度系数第34页/共179页1.1.无阻尼自由振动的计算无阻尼自由振动的计算p弹簧并联与串联时总弹性系数的计算图3-9 3-9 总弹性系数的

23、计算 第35页/共179页2.2.有阻尼自由振动的计算有阻尼自由振动的计算p气体或液体阻尼的黏性摩擦阻力与振动速度成正比，气体或液体阻尼的黏性摩擦阻力与振动速度成正比，则则 （3-123-12）【讨论】阻尼系数阻尼系数c cn c c=0=0，则为无阻尼振动；，则为无阻尼振动；n c c 由由0 0逐渐增大，成为阻尼逐渐增大的振动；逐渐增大，成为阻尼逐渐增大的振动；n c c c cc c（临界阻尼系数），已无振动，系统缓慢恢复到原位置。（临界阻尼系数），已无振动，系统缓慢恢复到原位置。p令令阻尼比阻尼比（3-133-13）p临界阻尼系数临界阻尼系数（3-143-14）第36页/共179页p根

24、据阻尼比根据阻尼比 的大小，振动物体的位移随时间的变的大小，振动物体的位移随时间的变化有三种不同的情况化有三种不同的情况n 0 0 1 1时，为时，为c cc cc c的阻尼振动，即物体虽作振动，但振幅逐渐减小的阻尼振动，即物体虽作振动，但振幅逐渐减小,不久即停止不久即停止。图图3-10 3-10 不同阻尼下的位移随时间的变化不同阻尼下的位移随时间的变化【讨论】n =1 =1时，为时，为c=cc=cc c的临界阻尼振动，阻尼系数的临界阻尼振动，阻尼系数c c即为临界阻尼系数。即为临界阻尼系数。n 1 1时，为时，为c cc cc c的过阻尼振动，的过阻尼振动，此运动已非振动状态，而是逐渐此运动

25、已非振动状态，而是逐渐 衰减的非周期运动衰减的非周期运动 第37页/共179页n（二）受迫振动：（二）受迫振动：在外力反复作用下的振动在外力反复作用下的振动1.1.无阻尼受迫振动无阻尼受迫振动2.2.有阻尼受迫振动有阻尼受迫振动图3-11 3-11 受迫振动 第38页/共179页p无阻尼时，若外力为振幅无阻尼时，若外力为振幅F F0 0、角频率、角频率的简谐激的简谐激振力振力,则运动方程可写成则运动方程可写成1.1.无阻尼受迫振动无阻尼受迫振动（3-223-22）p解得在外力作用下的位移解得在外力作用下的位移x x为为 （3-233-23）p当当 时，位移时，位移 为无穷大，此状态称为为无穷大

26、，此状态称为共振共振。第39页/共179页1.1.无阻尼受迫振动无阻尼受迫振动（3-243-24）p式式(3-23)(3-23)中的中的 值表示外力值表示外力F F0 0在静态作用时的位移，在静态作用时的位移，设其为设其为 ，振动中的位移振幅为，振动中的位移振幅为 时，二者之比的时，二者之比的绝对值称为绝对值称为位移振幅倍率位移振幅倍率，即即 （3-233-23）第40页/共179页图3-12 3-12 振幅倍率【讨论讨论讨论讨论】阻尼比阻尼比 =0=0的情况的情况 p频率比频率比 （）=0=0时，时，振幅倍率为振幅倍率为1 1；p频率比频率比 =1=1时，振幅倍率为时，振幅倍率为无穷大；无穷

27、大；p频率比频率比 由由1 1逐渐增大时，逐渐增大时，振幅倍率逐渐减小；振幅倍率逐渐减小；p频率比频率比 达到达到 以上时，以上时，振幅倍率减小到振幅倍率减小到1 1以下。以下。第41页/共179页2.2.有阻尼受迫振动有阻尼受迫振动p存存在在与与振振动动速速度度成成正正比比的的阻阻尼尼时时，受受迫迫振振动动的的运运动动方程式为方程式为p当当0 0 1 1时，解得时，解得 p在阻尼项消失后的恒定态下，位移为在阻尼项消失后的恒定态下，位移为（3-253-25）（3-263-26）（3-283-28）第42页/共179页2.2.有阻尼受迫振动有阻尼受迫振动p振幅倍率为振幅倍率为（3-293-29）

28、n用图表示式（用图表示式（3-293-29）时，如图）时，如图3-103-10所示，所示，越小，振幅倍率曲线的峰值越高；越小，振幅倍率曲线的峰值越高；越大，振幅倍率曲线的峰值越低，也越平缓。越大，振幅倍率曲线的峰值越低，也越平缓。第43页/共179页n（三）振动体与共振（三）振动体与共振1.1.固有频率固有频率 共振发生的频率共振发生的频率共振烈度的表示共振烈度的表示振动体与共振频率振动体与共振频率4.4.3.3.2.2.第44页/共179页1.1.固有频率固有频率（也称共振频率共振频率）p公害振动发生的主频率范围公害振动发生的主频率范围大约为大约为1 1100Hz100Hz。p长跨度桥、天线

29、、电缆、建筑物等的固有频率在此范围。长跨度桥、天线、电缆、建筑物等的固有频率在此范围。p设备安装在房屋地板（楼板）上时，为了防止建筑物产生设备安装在房屋地板（楼板）上时，为了防止建筑物产生共振响应，需要对建筑物各构件各自的固有频率进行估算。共振响应，需要对建筑物各构件各自的固有频率进行估算。p单自由度振动系的单自由度振动系的固有频率固有频率与与质量质量、劲度系数劲度系数及及衰衰减系数减系数相关。相关。p激振力的频率与机械或构筑物的固有频率一致时，激振力的频率与机械或构筑物的固有频率一致时，就会发生共振就会发生共振。第45页/共179页2.2.共振发生的频率共振发生的频率p即阻尼比即阻尼比 =0

30、=0，频率比，频率比 =1=1 时，呈共振状态时，呈共振状态 理论上振幅为无穷大。理论上振幅为无穷大。无阻尼无阻尼 p阻尼比阻尼比 0 0时，随时，随 增大，最大位移振幅逐渐减小。增大，最大位移振幅逐渐减小。p最大振幅产生的频率比为最大振幅产生的频率比为p最大振幅产生的频率为最大振幅产生的频率为有阻尼有阻尼（3-313-31）（3-333-33）第46页/共179页3.3.共振烈度的表示共振烈度的表示（3-353-35）p共振烈度共振烈度：振动产生的最大位移振幅振动产生的最大位移振幅。p通常的振动多是通常的振动多是 1 1，则最大振幅倍率近似为，则最大振幅倍率近似为 p共振烈度的强度共振烈度的

31、强度 ：（3-363-36）p意义意义：表示表示共振点处振幅扩大为静态位移的倍数共振点处振幅扩大为静态位移的倍数 p例，若例，若Q Q为为1010，则共振点处的振幅扩大为静态位移的，则共振点处的振幅扩大为静态位移的1010倍。倍。第47页/共179页3.3.共振烈度的表示共振烈度的表示p共振烈度的强度共振烈度的强度 的计算方法的计算方法：p实测频率变化的激振，实测频率变化的激振，绘制如图绘制如图3-133-13的共振烈度的共振烈度 曲线；曲线；p求出从最大振幅点减去求出从最大振幅点减去3dB3dB位置的频域；位置的频域；p按式（按式（3-363-36）求得）求得Q Q或或 图3-13 3-13

32、 共振烈度 第48页/共179页4.4.振动体与共振频率振动体与共振频率p桥梁、天线、各类机械及构件等大多为桥梁、天线、各类机械及构件等大多为棒状振动体棒状振动体。p设设棒状体棒状体(圆形、方形、矩形板条圆形、方形、矩形板条)材料密度为材料密度为，弹性模量为弹性模量为E E，长度为，长度为l l，振动体的共振频率为基频的，振动体的共振频率为基频的整倍数整倍数n n1 1，2 2，3 3，则则p纵向共振频率纵向共振频率 （3-373-37）p横向共振频率横向共振频率 式中，式中，与棒横截面半径或厚度成正比的量。与棒横截面半径或厚度成正比的量。（3-383-38）第49页/共179页n（一）波动的

33、产生（一）波动的产生n（二）共振引起的扩大（二）共振引起的扩大n（三）振动波的种类与形态（三）振动波的种类与形态n（四）波动沿地面的传递特性（四）波动沿地面的传递特性四、波动的产生与传播 第51页/共179页p波动产生的机理：波动产生的机理：激振力的作用。激振力的作用。p由往复、旋转之类周期性运动产生的激振力直接作用于介质，就会发生由往复、旋转之类周期性运动产生的激振力直接作用于介质，就会发生振动振动。p振动往往以波动的的形式迁移，或将周期性作用力施加到其他部件或基座上，形成振动往往以波动的的形式迁移，或将周期性作用力施加到其他部件或基座上，形成振振源源。p典型的振源：典型的振源：压缩机、破碎

34、机、自动织布机、各种风钻、振动输送机等。压缩机、破碎机、自动织布机、各种风钻、振动输送机等。n（一）波动的产生（一）波动的产生第52页/共179页p共振现象的主要形式有共振现象的主要形式有4种种n（二）共振引起的扩大（二）共振引起的扩大n（1 1）包括基础在内的机器质量和支承基础的支承）包括基础在内的机器质量和支承基础的支承弹簧引发的力的传递即为共振。弹簧引发的力的传递即为共振。n（2 2）激振力传递过程中，可能发生因地质构造引）激振力传递过程中，可能发生因地质构造引起地基共振的现象。起地基共振的现象。n3 3）从受振（即受损方）还须考虑与振源同样的机）从受振（即受损方）还须考虑与振源同样的机

35、械或建筑及其支承引起的共振。械或建筑及其支承引起的共振。n（4 4）当机械或建筑的部分或部件的固有频率与传）当机械或建筑的部分或部件的固有频率与传递来的激振力频率一致时，就会强烈共振递来的激振力频率一致时，就会强烈共振。第53页/共179页n（三）振动波的种类与形态（三）振动波的种类与形态p纵波纵波（压缩波或疏密波压缩波或疏密波）:传播速度快，在振源观测时传播速度快，在振源观测时总是先到达观测点，故也称为总是先到达观测点，故也称为一次波一次波（Primary WavePrimary Wave，略作，略作P P波波）p纵波传播以介质体积伸长或压缩的形式变纵波传播以介质体积伸长或压缩的形式变化，质

36、点沿波的行进方向作前后运动。化，质点沿波的行进方向作前后运动。p横波横波（剪切波剪切波）:又称又称二次波二次波（Secondary WaveSecondary Wave，略作略作S S波波）p横波中质点运动与波的传播方向垂直，介横波中质点运动与波的传播方向垂直，介质体积不发生变化质体积不发生变化 。p实体波实体波（Body Wave）p瑞利波瑞利波（Rayleigh Rayleigh WaveWave）：最具代表性的表面波，在公害振）：最具代表性的表面波，在公害振动中起重要贡献。动中起重要贡献。p质点运动与波的传播方向垂直。质点运动与波的传播方向垂直。p表面波表面波（Surface Wave）

37、p乐甫波乐甫波(Love(Love wave)wave)：在不同固体表面层内发生的表面波：在不同固体表面层内发生的表面波。p质点运动与波传播方向垂直且水平移动。质点运动与波传播方向垂直且水平移动。图3-14 3-14 振动波的种类与形态 第54页/共179页n（三）振动波的种类与形态（三）振动波的种类与形态p在流体场中必须考虑介质的体积弹性，因此在流体场中必须考虑介质的体积弹性，因此n空气中空气中只发生只发生纵波纵波。n液体表面液体表面发生以重力和表面张力为恢复力的发生以重力和表面张力为恢复力的横波横波。n固体中固体中，体积变化的阻尼产生，体积变化的阻尼产生纵波纵波；形变阻尼导；形变阻尼导致致

38、横波横波产生。产生。n在在无限大的介质无限大的介质中传播的仅为纵波和横波。中传播的仅为纵波和横波。n在性质完全不同的在性质完全不同的固体界面或固体与真空、固体固体界面或固体与真空、固体与气体的界面与气体的界面产生产生表面波表面波。第55页/共179页n（四）波动沿地面的传递特性（四）波动沿地面的传递特性1.1.波动传递的顺序波动传递的顺序 波动的空间分布特征波动的空间分布特征波动随距离的衰减波动随距离的衰减波动的反射、折射和衍射波动的反射、折射和衍射4.4.3.3.2.2.第56页/共179页1.1.波动传递的顺序波动传递的顺序 图3-15 3-15 振动波传递顺序示意图 p作用于匀质且广阔的

39、地表面上一点的纯冲击波，一般随着作用于匀质且广阔的地表面上一点的纯冲击波，一般随着距离的增加，波形本身将产生变形。距离的增加，波形本身将产生变形。p假定波形传播时保持原状，则波动传递顺序：假定波形传播时保持原状，则波动传递顺序：n首先观测到与地面平行的首先观测到与地面平行的P P波，波，n其次是其次是S S波，波，n而后是具有与地面垂直振动分量的而后是具有与地面垂直振动分量的R R波。波。第57页/共179页波动的空间分布特征波动的空间分布特征2.2.n置于地表上的圆板受到垂直冲击振动时置于地表上的圆板受到垂直冲击振动时（1 1）P P波在空间传播最快，波在空间传播最快，S S波次之，二者都以

40、振源为中心呈球面波传播；波次之，二者都以振源为中心呈球面波传播；R R波波稍滞后，以振源为中心呈圆柱波传播稍滞后，以振源为中心呈圆柱波传播图3-16 3-16 在均匀地面上施加振动力时波的传播状况示意图P P波与振动传播波与振动传播方向平行运动方向平行运动S S S S波与振动传播波与振动传播波与振动传播波与振动传播方向垂直运动方向垂直运动方向垂直运动方向垂直运动R R波粒子的水平分量波粒子的水平分量R R波粒子的波粒子的垂直分量垂直分量 nR R波波在在地地表表水水平平分分量量大大，垂垂直直分分量量稍稍小小；n地地表表稍稍向向下下水水平平分分量量为为0 0处处质质点点运运动动仅仅为为垂垂直直

41、分分量量n再再深深处处，水水平平分分量量与与表表面面 作作反反相相位位运运动动，并并随随深深度度而而急急剧剧减减。n（2 2）R R波能量最强，约占总能量的波能量最强，约占总能量的67%67%，是振动公害处理首要考虑的波。横波，是振动公害处理首要考虑的波。横波占占26%26%，纵波能量最小，仅为，纵波能量最小，仅为7%7%。第58页/共179页波动随距离的衰减波动随距离的衰减3.3.p距振源距振源r0的基准点与距离的基准点与距离r点的振幅比点的振幅比xr/x0为为（3-39）式中，式中，x xr r、x x0 0 分别为基准点和距离分别为基准点和距离r r点的振动位移振幅；点的振动位移振幅；地

42、基的衰减常数；地基的衰减常数；n n与波动类型相关的参数，表面波与波动类型相关的参数，表面波n=1/2n=1/2。p式中右侧第式中右侧第1 1项是介质吸收引起的衰减，每隔一定距离衰减一定项是介质吸收引起的衰减，每隔一定距离衰减一定dBdB量；第量；第2 2项是波面扩展引起的衰减，若为表面波，则每倍程衰减项是波面扩展引起的衰减，若为表面波，则每倍程衰减3dB3dB。p振动以波动形式从振源传递到地面，随波动距离增加逐渐减小，直至衰灭振动以波动形式从振源传递到地面，随波动距离增加逐渐减小，直至衰灭p波的形态不同，波的形态不同，n n值不同，波动随距离值不同，波动随距离r r的衰减也不同。的衰减也不同

43、。第59页/共179页波动随距离的衰减波动随距离的衰减3.3.p距振源距振源r1的基准点与距离的基准点与距离r2点的振级衰减点的振级衰减La1-L La2a2为为式中，式中，L La1a1、L La2 a2 分别为基准点和距离分别为基准点和距离r r点的振动位移振幅；点的振动位移振幅；地基的衰减常数；地基的衰减常数；第60页/共179页波动随距离的衰减波动随距离的衰减3.3.p若若R R波的强度与波阵面扩展距离的平方成反比衰减波的强度与波阵面扩展距离的平方成反比衰减，且无其他衰减时，则分别与距离且无其他衰减时，则分别与距离r r1 1、r r2 2 对应的振动对应的振动量位移、速度或加速度（量

44、位移、速度或加速度（a a1 1、a a2 2）与距离间近似存）与距离间近似存在下列关系在下列关系;（3-40）式中，式中，a a1 1、a a2 2 分别为与距离分别为与距离r r1 1、r r2 2 对应的振动量对应的振动量 位移、速度或加速度。位移、速度或加速度。第61页/共179页波动的反射、折射和衍射波动的反射、折射和衍射4.4.图3-17 3-17 不同入射波的反射波和折射波 p振动在固体中的反射、折射、衍射、透射基本原理同声场；振动在固体中的反射、折射、衍射、透射基本原理同声场；p复杂处在于固体中纵波、横波、表面波共存，且传播速度不同复杂处在于固体中纵波、横波、表面波共存，且传播

45、速度不同。p图示为图示为P P波、波、S S波从固体介质波从固体介质1 1传递到固体介质传递到固体介质2 2的界面产生反射和折射的情况。的界面产生反射和折射的情况。p设设P P波、波、S S波在介质波在介质1 1中的振动速度分别为中的振动速度分别为c cP1P1、c cS1S1，在介质，在介质2 2中的振动速度分别中的振动速度分别 为为c cP2P2、c cS2S2。第62页/共179页波动的反射、折射和衍射波动的反射、折射和衍射4.4.图3-173-17（a a）P P波以角度波以角度 入射入射pP P波以角度波以角度入射时，在两介质界面上入射时，在两介质界面上pP P1 1波以相同的角度波

46、以相同的角度正正反射。反射。p还产生反射波还产生反射波SVSV1 1和折射波和折射波SVSV2 2，入射角，入射角和反射角分别为和反射角分别为b b与与f f。p在介质在介质2 2中形成折射波中形成折射波P P2 2，折射角为，折射角为e e。p则有如下关系成立。则有如下关系成立。（3-41）入射、反射、折射的角度分别取决于入射、反射、折射的角度分别取决于P P波、波、S S波的速度波的速度 第63页/共179页波动的反射、折射和衍射波动的反射、折射和衍射4.4.pSVSV波与波与SHSH波均为横波，如图中箭头所示，波均为横波，如图中箭头所示，SVSV波的质点运动与波的质点运动与纸面平行，纸面

47、平行，SHSH波质点运功与纸面垂直。波质点运功与纸面垂直。pSVSV波入射（图波入射（图3-17(b)3-17(b)）时，）时，SVSV1 1波作正反射，此外产生波作正反射，此外产生SVSV（P P1 1）反射波、）反射波、SVSV（SVSV2 2）折射波和）折射波和SVSV（P P2 2）折射波。）折射波。pSHSH波入射（图波入射（图3-17(c)3-17(c)）时所产生的反射和折射都是）时所产生的反射和折射都是SHSH波。波。图3-3-1717（b b）第64页/共179页波动的反射、折射和衍射波动的反射、折射和衍射4.4.p不同波的强度受不同波的强度受1 1c cPlPl、1 1c c

48、SlSl、2 2c cP2P2、2 2c cS2S2的影的影响，介质响，介质1 1和介质和介质2 2的的cc比越大，材质越相异，反射比越大，材质越相异，反射波就越强，折射波越减少。波就越强，折射波越减少。p若界面的一侧是气体或液体，则其中只存在若界面的一侧是气体或液体，则其中只存在P P波即压波即压缩波缩波(纵波纵波)，界面阻抗显著变化，相互折射显著减少，界面阻抗显著变化，相互折射显著减少，与声场情况相同。与声场情况相同。p若为固若为固-固界面，即使是异质材料，阻抗变化也很小，固界面，即使是异质材料，阻抗变化也很小，振动易于导入，折射透过也相当大。振动易于导入，折射透过也相当大。第65页/共1

49、79页波动的反射、折射和衍射波动的反射、折射和衍射4.4.p当波动在不同材质的当波动在不同材质的多层介质中传播时多层介质中传播时p各种形式的波重叠反各种形式的波重叠反射、折射，情况极其射、折射，情况极其复杂。复杂。p界面（界面（1）会产生）会产生R波；波；p层间界面（层间界面（2）、）、（3）也会产生乐甫）也会产生乐甫波，沿界面传播。波，沿界面传播。图3-18 3-18 各层间的多重反射、折射 第66页/共179页p图图3-19是是R波在固体端波在固体端部传播的示例。部传播的示例。pR波在固体端部反射，波在固体端部反射，同时向端部侧面弯曲传同时向端部侧面弯曲传播。播。p例如，地面的沟深远远例如

50、，地面的沟深远远大于波长时，部分表面大于波长时，部分表面波沿沟内侧行进，其中波沿沟内侧行进，其中会有若干波到达沟对侧。会有若干波到达沟对侧。图3-19 3-19 在固体端部的R R波的反射波和透射波 波动的反射、折射和衍射波动的反射、折射和衍射4.4.第67页/共179页二、环境振动标准 三、城市区域环境振动标准 一、振动的评价 第三节 振动的评价与标准第68页/共179页n（一）振动的评价指标 n（二）振动的评价标准 1.1.位移、速度和加速度位移、速度和加速度 2.2.振动级振动级 一、振动的评价 第69页/共179页n（一）振动的评价指标 1.1.位移、速度和加速度位移、速度和加速度 p