物理性污染控制-第三章-振动污染及其控制.ppt

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1、第三章第三章振动污染及其控制振动污染及其控制第一节第一节概述概述一、振动与振动污染一、振动与振动污染二、振动污染源二、振动污染源三、振动的影响三、振动的影响一、振动与振动污染一、振动与振动污染 1 1 1 1、振动：、振动：、振动：、振动：广义地讲，任一个物理量在某一定值附近作周期广义地讲，任一个物理量在某一定值附近作周期广义地讲，任一个物理量在某一定值附近作周期广义地讲，任一个物理量在某一定值附近作周期性的变化均称为性的变化均称为性的变化均称为性的变化均称为振动振动振动振动。如：地震如：地震如：地震如：地震 声的产生、传播和接收声的产生、传播和接收声的产生、传播和接收声的产生、传播和接收(声

2、带、耳膜声带、耳膜声带、耳膜声带、耳膜)电磁振动电磁振动电磁振动电磁振动 光的波动光的波动光的波动光的波动 晶体中原子的振动晶体中原子的振动晶体中原子的振动晶体中原子的振动 心脏的搏动心脏的搏动心脏的搏动心脏的搏动 海浪起伏海浪起伏海浪起伏海浪起伏机械振动：机械振动：机械振动：机械振动：指物体在平衡位置附近作指物体在平衡位置附近作指物体在平衡位置附近作指物体在平衡位置附近作往复运动往复运动往复运动往复运动。如：汽车、火车运动中的振动如：汽车、火车运动中的振动如：汽车、火车运动中的振动如：汽车、火车运动中的振动 飞机、船舶航行中的振动飞机、船舶航行中的振动飞机、船舶航行中的振动飞机、船舶航行中的

3、振动 机床和刀具在加工时的振动机床和刀具在加工时的振动机床和刀具在加工时的振动机床和刀具在加工时的振动 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 各种动力机械的振动各种动力机械的振动各种动力机械的振动各种动力机械的振动 控制系统中的自激振动控制系统中的自激振动控制系统中的自激振动控制系统中的自激振动振动的利用：振动的利用：振动的利用：振动的利用：琴弦振动；振动沉桩、振动拔桩以及振动捣固；琴弦振动；振动沉桩、振动拔桩以及振动捣固；琴弦振动；振动沉桩、振动拔桩以及振动捣固；琴弦振动；振动沉桩、振

4、动拔桩以及振动捣固；振动检测；振动传输、筛选、研磨、抛光；振动检测；振动传输、筛选、研磨、抛光；振动检测；振动传输、筛选、研磨、抛光；振动检测；振动传输、筛选、研磨、抛光；振动压路机、振动给料机和振动成型机等。振动压路机、振动给料机和振动成型机等。振动压路机、振动给料机和振动成型机等。振动压路机、振动给料机和振动成型机等。2、振动污染、振动污染振动污染：振动污染：振动污染：振动污染：振振振振动动动动超超超超过过过过一一一一定定定定的的的的界界界界限限限限，轻轻轻轻则则则则对对对对人人人人的的的的生生生生活活活活和和和和工工工工作作作作环环环环境境境境形形形形成成成成干干干干扰扰扰扰，降降降降低

5、低低低机机机机器器器器及及及及仪仪仪仪表表表表的的的的精精精精度度度度；重重重重则则则则危危危危害害害害人体健康、引起机械设备及土木结构的破坏。人体健康、引起机械设备及土木结构的破坏。人体健康、引起机械设备及土木结构的破坏。人体健康、引起机械设备及土木结构的破坏。振动污染特点：振动污染特点：振动污染特点：振动污染特点：主观性主观性主观性主观性局部性局部性局部性局部性瞬时性瞬时性瞬时性瞬时性二、振动污染源二、振动污染源环境振动污染的主要来源环境振动污染的主要来源环境振动污染的主要来源环境振动污染的主要来源自然振动：自然振动：自然振动：自然振动：地震、火山爆发等地震、火山爆发等地震、火山爆发等地震

6、、火山爆发等人为振动：人为振动：人为振动：人为振动：工厂振动源、工程振动源、道路交通工厂振动源、工程振动源、道路交通工厂振动源、工程振动源、道路交通工厂振动源、工程振动源、道路交通 振动源、低频空气振动源。振动源、低频空气振动源。振动源、低频空气振动源。振动源、低频空气振动源。1 1 1 1、工厂振动源、工厂振动源、工厂振动源、工厂振动源工工工工业业业业生生生生产产产产中中中中的的的的振振振振动动动动源源源源主主主主要要要要有有有有旋旋旋旋转转转转机机机机械械械械、往往往往复复复复机机机机械、械、械、械、传动轴传动轴传动轴传动轴系、管道振系、管道振系、管道振系、管道振动动动动。振振振振级为级为

7、级为级为60100dB,60100dB,峰峰峰峰值频值频值频值频率在率在率在率在10125Hz10125Hz范范范范围围围围。2 2、工程振动源、工程振动源、工程振动源、工程振动源3 3、道路交通振动源、道路交通振动源、道路交通振动源、道路交通振动源5 5、低频空气振动源：、低频空气振动源：、低频空气振动源：、低频空气振动源：指人可听见的指人可听见的指人可听见的指人可听见的100Hz100Hz左右低频。左右低频。左右低频。左右低频。工工工工程程程程施施施施工工工工现现现现场场场场的的的的振振振振动动动动源源源源主主主主要要要要有有有有打打打打桩桩桩桩机机机机、打打打打夯夯夯夯机机机机、水水水水

8、泥泥泥泥搅搅搅搅拌拌拌拌机机机机、碾碾碾碾压压压压设设设设备备备备、爆爆爆爆破破破破作作作作业业业业以以以以及及及及各各各各种种种种大大大大型型型型运运运运输输输输机机机机车车车车等。振等。振等。振等。振级为级为级为级为60100dB60100dB。主主主主要要要要是是是是铁铁铁铁路路路路和和和和公公公公路路路路振振振振源源源源。在在在在离离离离轨轨轨轨3030米米米米处处处处，振振振振动动动动频频频频率率率率在在在在20802080HzHz范范范范围围围围内内内内;振振振振级级级级在在在在75759090dBdB范范范范围围围围内内内内。公公公公路路路路的的的的振振振振动动动动频频频频率率率

9、率主主主主要要要要在在在在5-63Hz5-63Hz范范范范围围围围，振振振振级级级级在在在在6590dB6590dB范范范范围围围围。4 4、农业机械：、农业机械：、农业机械：、农业机械：拖拉机、收割机、脱粒机。拖拉机、收割机、脱粒机。拖拉机、收割机、脱粒机。拖拉机、收割机、脱粒机。振动污染源按其形式又可分为：振动污染源按其形式又可分为：振动污染源按其形式又可分为：振动污染源按其形式又可分为：固定式单个振动源；固定式单个振动源；固定式单个振动源；固定式单个振动源；集合振动源。集合振动源。集合振动源。集合振动源。振动污染源按其动态特征又可分为：振动污染源按其动态特征又可分为：振动污染源按其动态特

10、征又可分为：振动污染源按其动态特征又可分为：稳态振动稳态振动稳态振动稳态振动冲击振动冲击振动冲击振动冲击振动无规则振动无规则振动无规则振动无规则振动铁路振动。铁路振动。铁路振动。铁路振动。三、振动的危害三、振动的危害1 1、振动对人体的危害、振动对人体的危害、振动对人体的危害、振动对人体的危害 按作用于人体的部位和传导方式按作用于人体的部位和传导方式按作用于人体的部位和传导方式按作用于人体的部位和传导方式 局部振动：局部振动：局部振动：局部振动：指振动通过手臂传导至全身。指振动通过手臂传导至全身。指振动通过手臂传导至全身。指振动通过手臂传导至全身。风动工具：风动工具：风动工具：风动工具：铆钉机

11、、凿岩机、捣固机等。铆钉机、凿岩机、捣固机等。电动工具：电动工具：电钻、砂轮机、铣床等。电钻、砂轮机、铣床等。煤矿工人使用电钻打眼煤矿工人使用电钻打眼工人使用砂轮机打磨工件工人使用砂轮机打磨工件工工人人使使用用风风钻钻打打眼眼铁道工人使用捣固机夯实铁轨铁道工人使用捣固机夯实铁轨全身振动：全身振动：全身振动：全身振动：指通过下肢或躯干传导至全身的振动。指通过下肢或躯干传导至全身的振动。指通过下肢或躯干传导至全身的振动。指通过下肢或躯干传导至全身的振动。交通工具：汽车、火车、船舶、飞机交通工具：汽车、火车、船舶、飞机交通工具：汽车、火车、船舶、飞机交通工具：汽车、火车、船舶、飞机 农机械：拖拉机、

12、收割机等农机械：拖拉机、收割机等农机械：拖拉机、收割机等农机械：拖拉机、收割机等 作业台：钻井平台、振动筛、采矿船等作业台：钻井平台、振动筛、采矿船等作业台：钻井平台、振动筛、采矿船等作业台：钻井平台、振动筛、采矿船等l（1 1）局部振动）局部振动）局部振动）局部振动全身性全身性全身性全身性 神神神神经经经经系系系系统统统统：以以以以上上上上肢肢肢肢手手手手臂臂臂臂末末末末梢梢梢梢神神神神经经经经功功功功能能能能障障障障碍碍碍碍为为为为主主主主，常常常常以以以以多多多多发发发发性性性性末末末末梢梢梢梢神神神神经经经经炎炎炎炎的的的的形形形形式式式式出出出出现现现现。表表表表现现现现为为为为皮皮

13、皮皮肤肤肤肤感感感感觉觉觉觉迟迟迟迟钝钝钝钝、振振振振动动动动觉觉觉觉和和和和痛痛痛痛觉觉觉觉减减减减退退退退，神神神神经经经经传传传传导导导导速速速速度度度度减减减减慢慢慢慢，反应潜伏期延长等。反应潜伏期延长等。反应潜伏期延长等。反应潜伏期延长等。心血管系统心血管系统心血管系统心血管系统：血压、心率不稳，手多汗等。血压、心率不稳，手多汗等。血压、心率不稳，手多汗等。血压、心率不稳，手多汗等。高高高高频频频频率率率率、小小小小振振振振幅幅幅幅振振振振动动动动可可可可引引引引起起起起血血血血管管管管收收收收缩缩缩缩和和和和血血血血压压压压上上上上升升升升，甚甚甚甚至至至至引引引引发发发发血血血血

14、管管管管痉痉痉痉挛挛挛挛；低低低低频频频频率率率率、大大大大振振振振率率率率振振振振动动动动则则则则可可可可使使使使血血血血管扩张和血压下降，心电图异常。管扩张和血压下降，心电图异常。管扩张和血压下降，心电图异常。管扩张和血压下降，心电图异常。4040300Hz300Hz的的的的振振振振动动动动可可可可引引引引起起起起末末末末梢梢梢梢毛毛毛毛细细细细血血血血管管管管形形形形态态态态和和和和张力发生改变。张力发生改变。张力发生改变。张力发生改变。骨骨骨骨骼骼骼骼-肌肌肌肌肉肉肉肉系系系系统统统统：手手手手部部部部肌肌肌肌肉肉肉肉萎萎萎萎缩缩缩缩（鱼鱼鱼鱼际际际际肌肌肌肌和和和和指指指指间肌多见）

15、，手握力和手指捏合力下降。间肌多见），手握力和手指捏合力下降。间肌多见），手握力和手指捏合力下降。间肌多见），手握力和手指捏合力下降。40Hz40Hz以以以以下下下下大大大大振振振振幅幅幅幅冲冲冲冲击击击击振振振振动动动动可可可可引引引引起起起起骨骨骨骨和和和和关关关关节节节节改改改改变变变变，以以以以指指指指骨骨骨骨、掌掌掌掌骨骨骨骨、腕腕腕腕骨骨骨骨和和和和肘肘肘肘关关关关节节节节多多多多见见见见，主主主主要要要要表表表表现现现现为为为为脱脱脱脱钙钙钙钙、囊囊囊囊样样样样变变变变，骨骨骨骨皮皮皮皮质质质质增增增增生生生生，骨骨骨骨岛岛岛岛形形形形成成成成，无无无无菌菌菌菌性性性性骨骨骨骨坏

16、坏坏坏死以及骨关节变形等。死以及骨关节变形等。死以及骨关节变形等。死以及骨关节变形等。其其其其它它它它系系系系统统统统，如如如如免免免免疫疫疫疫系系系系统统统统、内内内内分分分分泌泌泌泌系系系系统统统统功功功功能能能能异异异异常常常常。与噪声共存时，可加重噪声对听力的损害。与噪声共存时，可加重噪声对听力的损害。与噪声共存时，可加重噪声对听力的损害。与噪声共存时，可加重噪声对听力的损害。局部振动病：局部振动病：局部振动病：局部振动病：长期使用振动工具而引起的以长期使用振动工具而引起的以长期使用振动工具而引起的以长期使用振动工具而引起的以末末末末梢循环障碍为主的疾病，也可累及肢体神经和运动梢循环障

17、碍为主的疾病，也可累及肢体神经和运动梢循环障碍为主的疾病，也可累及肢体神经和运动梢循环障碍为主的疾病，也可累及肢体神经和运动功能。发病部位多在上肢末端，发作性手指变白是功能。发病部位多在上肢末端，发作性手指变白是功能。发病部位多在上肢末端，发作性手指变白是功能。发病部位多在上肢末端，发作性手指变白是其典型表现。其典型表现。其典型表现。其典型表现。正常手部颜色正常手部颜色正常手部颜色正常手部颜色雷诺氏症雷诺氏症雷诺氏症雷诺氏症振动性白振动性白振动性白振动性白指指指指正常指关节图像正常指关节图像正常指关节图像正常指关节图像（2）全身振动）全身振动一般为低频率大振幅振动一般为低频率大振幅振动振振动动

18、强强度度大大、时时间间长长，则则可可产产生生多多器器官官、系系统统的的不不良良影影响响，如如机机械械性性损损伤伤，呼呼吸吸增增强强、低低碳碳酸酸血血症症，交交感感神神经经紧紧张张，抑抑制制胃胃酸酸分分泌泌和和胃胃肠肠蠕蠕动动，作作业能力与工效降低。业能力与工效降低。振振振振动动动动病病病病：亦亦称称晕晕动动病病，由由不不同同方方向向的的振振动动加加速速度度反反复复过过度度刺刺激激前前庭庭器器官官所所引引起起的的一一系系列列急急性性反反应应症症状状。患患者者先先出出现现疲疲劳劳，出出冷冷汗汗，面面色色苍苍白白等等，继继之之眩眩晕晕、恶恶心心、呕呕吐吐，甚甚至至血血压压下下降降，视视物物模模糊糊，

19、频频繁繁呕呕吐吐还还可可引引起起水水电电解解质质紊紊乱乱，少少数数严严重重反反应应者者甚至出现休克。甚至出现休克。2、振动对构建物的危害、振动对构建物的危害振动通过地基传递到房屋等构建物，导致构振动通过地基传递到房屋等构建物，导致构振动通过地基传递到房屋等构建物，导致构振动通过地基传递到房屋等构建物，导致构建物破坏，其影响程度取决于振动的频率和强度。建物破坏，其影响程度取决于振动的频率和强度。建物破坏，其影响程度取决于振动的频率和强度。建物破坏，其影响程度取决于振动的频率和强度。共振的放大作用会带来更严重的破坏的危害。共振的放大作用会带来更严重的破坏的危害。共振的放大作用会带来更严重的破坏的危

20、害。共振的放大作用会带来更严重的破坏的危害。载重车辆对道路两侧建筑物产生共振，发生载重车辆对道路两侧建筑物产生共振，发生载重车辆对道路两侧建筑物产生共振，发生载重车辆对道路两侧建筑物产生共振，发生地面晃动和门窗抖动。地面晃动和门窗抖动。地面晃动和门窗抖动。地面晃动和门窗抖动。振振振振动动动动可可可可能能能能引引引引起起起起结结结结构构构构的的的的大大大大变变变变形形形形破破破破坏坏坏坏，有有有有的的的的桥桥桥桥梁梁梁梁曾因振动而坍毁曾因振动而坍毁曾因振动而坍毁曾因振动而坍毁塔科马大桥塔科马大桥塔科马大桥塔科马大桥2010年年5月月22日，欧洲最长大桥日，欧洲最长大桥俄罗斯境俄罗斯境内长达内长达

21、7公里的伏尔加河大桥发生离奇晃动公里的伏尔加河大桥发生离奇晃动难得一见的飞机难得一见的飞机难得一见的飞机难得一见的飞机“音障音障音障音障”共振现象共振现象共振现象共振现象战神突破音障战神突破音障2000年亚特兰蒂斯号航天飞机升空时突破音障瞬间年亚特兰蒂斯号航天飞机升空时突破音障瞬间第二节第二节振动基础振动基础 振振振振动动动动问问问问题题题题的的的的研研研研究究究究方方方方法法法法与与与与分分分分析析析析其其其其他他他他动动动动力力力力学学学学问问问问题题题题不不不不同同同同的的的的是是是是：一一一一般般般般情情情情形形形形下下下下，都都都都选选选选择择择择平平平平衡衡衡衡位位位位置置置置作作

22、作作为为为为广义坐标的原点。广义坐标的原点。广义坐标的原点。广义坐标的原点。一、简谐振动基本概念一、简谐振动基本概念一、简谐振动基本概念一、简谐振动基本概念 简简简简谐谐谐谐振振振振动动动动：物物物物体体体体运运运运动动动动时时时时，离离离离开开开开平平平平衡衡衡衡位位位位置置置置的的的的位位位位移移移移(或角位移或角位移或角位移或角位移)按余弦按余弦按余弦按余弦(或正弦或正弦或正弦或正弦)规律随时间变化。规律随时间变化。规律随时间变化。规律随时间变化。1 1 1 1、特征、特征、特征、特征弹簧振子：连接在一起的一个忽略了质量的弹簧和弹簧振子：连接在一起的一个忽略了质量的弹簧和弹簧振子：连接在

23、一起的一个忽略了质量的弹簧和弹簧振子：连接在一起的一个忽略了质量的弹簧和弹簧振子：连接在一起的一个忽略了质量的弹簧和弹簧振子：连接在一起的一个忽略了质量的弹簧和一个不发生形变的物体系统。一个不发生形变的物体系统。一个不发生形变的物体系统。一个不发生形变的物体系统。一个不发生形变的物体系统。一个不发生形变的物体系统。平衡位置：平衡位置：平衡位置：平衡位置：物体做往复运动时，在某位置所受的力物体做往复运动时，在某位置所受的力物体做往复运动时，在某位置所受的力物体做往复运动时，在某位置所受的力 (或力矩或力矩或力矩或力矩)等于零，则此位置称平衡位置。等于零，则此位置称平衡位置。等于零，则此位置称平衡

24、位置。等于零，则此位置称平衡位置。动力学特征动力学特征动力学特征动力学特征回复力：回复力：回复力：回复力：作简谐运动的质点所受的沿位移方向的合作简谐运动的质点所受的沿位移方向的合作简谐运动的质点所受的沿位移方向的合作简谐运动的质点所受的沿位移方向的合 外力外力外力外力,该力与位移成正比且反向。该力与位移成正比且反向。该力与位移成正比且反向。该力与位移成正比且反向。运动学特征运动学特征运动学特征运动学特征:2.规律规律解解解解图图图图图图图图图图取取简谐振动中质点位移、速度、加速度与时间的关系简谐振动中质点位移、速度、加速度与时间的关系简谐振动中质点位移、速度、加速度与时间的关系简谐振动中质点位

25、移、速度、加速度与时间的关系:3 3、简谐振动的振幅、周期、频率和相位、简谐振动的振幅、周期、频率和相位、简谐振动的振幅、周期、频率和相位、简谐振动的振幅、周期、频率和相位(1)(1)(1)(1)振幅振幅振幅振幅:物体离开平衡位置的最大位移的绝对值。物体离开平衡位置的最大位移的绝对值。物体离开平衡位置的最大位移的绝对值。物体离开平衡位置的最大位移的绝对值。由初始条件确定由初始条件确定(2)(2)(2)(2)周期和频率周期和频率周期和频率周期和频率 周期：周期：周期：周期：物体作一次完全运动所经历的时间。物体作一次完全运动所经历的时间。物体作一次完全运动所经历的时间。物体作一次完全运动所经历的时

26、间。频率：频率：频率：频率：单位时间内物体所作完全运动的次数。单位时间内物体所作完全运动的次数。圆频率圆频率圆频率圆频率:物体在物体在物体在物体在22 秒内所作的完全运动的次数秒内所作的完全运动的次数秒内所作的完全运动的次数秒内所作的完全运动的次数。(3)(3)(3)(3)相位和初相相位和初相相位和初相相位和初相相位相位 ：决定简谐运动状态的物理量。决定简谐运动状态的物理量。初相位初相位：t=0时的相位。时的相位。相位概念可用于比较两个谐振动之间在振动相位概念可用于比较两个谐振动之间在振动相位概念可用于比较两个谐振动之间在振动相位概念可用于比较两个谐振动之间在振动步调上的差异。步调上的差异。步

27、调上的差异。步调上的差异。二、简谐振动的合成二、简谐振动的合成1 1 1 1、两个同方向同频率简谐运动的合成、两个同方向同频率简谐运动的合成、两个同方向同频率简谐运动的合成、两个同方向同频率简谐运动的合成两个同方向同频两个同方向同频两个同方向同频两个同方向同频率简谐运动合成率简谐运动合成率简谐运动合成率简谐运动合成后仍为简谐运动后仍为简谐运动后仍为简谐运动后仍为简谐运动1 1 1 1）相位差相位差相位差相位差讨论讨论相互加强相互加强相互加强相互加强2 2 2 2）相位差相位差相位差相位差相互削弱相互削弱相互削弱相互削弱3 3 3 3）一般情况一般情况一般情况一般情况 频率较大而频率之差很小的两

28、个同方向简谐运动的频率较大而频率之差很小的两个同方向简谐运动的频率较大而频率之差很小的两个同方向简谐运动的频率较大而频率之差很小的两个同方向简谐运动的合成，其合振动的振幅时而加强时而减弱的现象叫拍频合成，其合振动的振幅时而加强时而减弱的现象叫拍频合成，其合振动的振幅时而加强时而减弱的现象叫拍频合成，其合振动的振幅时而加强时而减弱的现象叫拍频.2 2 2 2、两个同方向不同频率简谐运动的合成、两个同方向不同频率简谐运动的合成、两个同方向不同频率简谐运动的合成、两个同方向不同频率简谐运动的合成合振动频率合振动频率振幅部分振幅部分A讨论讨论 ,的情况的情况 拍频拍频(振幅变化的频率振幅变化的频率)三

29、、冲击波振动三、冲击波振动三、冲击波振动三、冲击波振动大多是冲压、锤锻之类的物体碰撞、下落运动产大多是冲压、锤锻之类的物体碰撞、下落运动产生的振动。所谓冲击是指给予系统的激励，与该系统生的振动。所谓冲击是指给予系统的激励，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。的固有振动周期相比，这种激励能在很短时间内终结。冲冲冲冲击击击击波波波波及及及及其其其其频频频频谱谱谱谱示示示示意意意意图图图图四、简谐振动系统四、简谐振动系统四、简谐振动系统四、简谐振动系统 作作作作简简简简谐谐谐谐振振振振动动动动的的的的物物物物体体体体通通通通常常常常称称称称为为为为谐谐谐谐振振振振子子子子。这这这

30、这个个个个物物物物体体体体，连连连连同同同同对对对对它它它它施施施施加加加加回回回回复复复复力力力力的的的的物物物物体体体体一一一一起起起起组组组组成成成成的的的的振振振振动动动动系系系系统统统统，通常称为通常称为通常称为通常称为谐振系统谐振系统 当当当当振振振振动动动动物物物物体体体体不不不不受受受受任任任任何何何何阻阻阻阻力力力力的的的的影影影影响响响响，只只只只在在在在回回回回复复复复力力力力作作作作用下作振动时，称为用下作振动时，称为用下作振动时，称为用下作振动时，称为无阻尼自由振动无阻尼自由振动无阻尼自由振动无阻尼自由振动。1 1、无阻尼自由振动、无阻尼自由振动 谐振子谐振子 当当回

31、回复复力力与与位位移移成成正正比比而而反反向向时时，所所作作的的无无阻阻尼尼自自由由振振动动才才是是简简谐谐振振动动，这这时时，振振动动周周期期和和频频率率完完全全取取决决于于振振动动系系统统本本身身的的各各个个参参量量，称称为为固固固固有有有有周周周周期期期期和和和和固固固固有频率有频率有频率有频率(一一一一)自由振动自由振动自由振动自由振动l l0 0mmk kk kx xO Ox xl l0 0 st stF FWWl l0 0弹簧原长；弹簧原长；弹簧原长；弹簧原长；k k弹簧刚性系数；弹簧刚性系数；弹簧刚性系数；弹簧刚性系数；st st弹簧的静变形；弹簧的静变形；弹簧的静变形；弹簧的静

32、变形；取静平衡位置为坐标原点，取静平衡位置为坐标原点，取静平衡位置为坐标原点，取静平衡位置为坐标原点，x x 向下为正向下为正向下为正向下为正当当当当t=0t=0，x x=x x0 0时求解得时求解得时求解得时求解得式中式中式中式中0 0 0 0 为固有圆频率：为固有圆频率：为固有圆频率：为固有圆频率：0 0 0 0 还可表示为：还可表示为：还可表示为：还可表示为：f f0 0 0 0 为固有频率，与位移和振幅无关：为固有频率，与位移和振幅无关：为固有频率，与位移和振幅无关：为固有频率，与位移和振幅无关：串联弹簧与并联弹簧的等效刚度串联弹簧与并联弹簧的等效刚度串联弹簧与并联弹簧的等效刚度串联弹

33、簧与并联弹簧的等效刚度k k1 1k k2 2mgmgk k1 1mgmgk k2 2（1 1 1 1）串联）串联）串联）串联k k1 1k k2 2mmmgmgF F1 1F F2 2（2 2）并联）并联）并联）并联2 2、阻尼振动、阻尼振动、阻尼振动、阻尼振动在回复力和阻力作用下的振动在回复力和阻力作用下的振动在回复力和阻力作用下的振动在回复力和阻力作用下的振动称为阻尼振动。称为阻尼振动。称为阻尼振动。称为阻尼振动。阻尼：阻尼：阻尼：阻尼：消耗振动系统能量的原因。消耗振动系统能量的原因。消耗振动系统能量的原因。消耗振动系统能量的原因。阻尼阻尼阻尼阻尼系统中存在各种阻力：系统中存在各种阻力：

34、系统中存在各种阻力：系统中存在各种阻力：摩擦力，润滑表面阻力，摩擦力，润滑表面阻力，摩擦力，润滑表面阻力，摩擦力，润滑表面阻力，液体或气体等介质阻力、液体或气体等介质阻力、液体或气体等介质阻力、液体或气体等介质阻力、材料内部的阻力。材料内部的阻力。材料内部的阻力。材料内部的阻力。mmk kmm阻阻阻阻尼尼尼尼器器器器O Ox xF F Fk kkF F Ff ffv v在流体在流体在流体在流体(液体、气体液体、气体液体、气体液体、气体)中运动的物体，速度较小时，中运动的物体，速度较小时，中运动的物体，速度较小时，中运动的物体，速度较小时，阻力与阻力与阻力与阻力与速度速度速度速度正比正比正比正比

35、，方向相反，则，方向相反，则，方向相反，则，方向相反，则 C C为为为为阻尼系数阻尼系数阻尼系数阻尼系数弹簧振子弹簧振子弹簧振子弹簧振子受力：弹性恢复力受力：弹性恢复力受力：弹性恢复力受力：弹性恢复力kx，阻力阻力Ff运动方程运动方程运动方程运动方程:引入引入 阻尼因子阻尼因子 C=0，为无阻尼振动；，为无阻尼振动；C增大，阻尼增大的振动；增大，阻尼增大的振动；CC0，无振动（，无振动（C0为临界阻尼系数）。为临界阻尼系数）。阻尼振动有三种情形阻尼振动有三种情形阻尼振动有三种情形阻尼振动有三种情形临界阻尼临界阻尼过阻尼过阻尼欠阻尼欠阻尼欠阻尼欠阻尼欠阻尼欠阻尼过阻尼过阻尼临界阻尼临界阻尼控制阻

36、尼大小，满足不同实际需要。控制阻尼大小，满足不同实际需要。控制阻尼大小，满足不同实际需要。控制阻尼大小，满足不同实际需要。阻阻阻阻尼尼尼尼振振振振动动动动不不不不是是是是周周周周期期期期性性性性振振振振动动动动，更更更更不不不不是是是是简简简简谐谐谐谐振振振振动动动动，因因因因位位位位移移移移不不不不是是是是时时时时间间间间的的的的周周周周期期期期函函函函数数数数。但但但但阻阻阻阻尼尼尼尼振振振振动动动动有有有有某某某某种种种种重重重重复性。复性。复性。复性。振振振振幅幅幅幅随随随随时时时时间间间间作作作作指指指指数数数数衰衰衰衰减减减减。阻阻阻阻尼尼尼尼 大大大大小小小小决决决决定定定定了了

37、了了阻阻阻阻尼振动振幅的衰减程度。尼振动振幅的衰减程度。尼振动振幅的衰减程度。尼振动振幅的衰减程度。（二）受迫振动（二）受迫振动（二）受迫振动（二）受迫振动 物体在周期性外力持续作用下发生的振动物体在周期性外力持续作用下发生的振动称为称为受迫振动受迫振动。1 1、无阻尼受迫振动、无阻尼受迫振动、无阻尼受迫振动、无阻尼受迫振动F F Fk kkF F F（1）振动微分方程）振动微分方程mmO Ox xx x振动微分方程振动微分方程振动微分方程振动微分方程微分方程解：微分方程解：微分方程解：微分方程解：将将将将 x x22代入微分方程代入微分方程代入微分方程代入微分方程解得解得解得解得（2）受迫振

38、动的振幅）受迫振动的振幅幅幅频频特特性性曲曲线线（3）共振现象）共振现象当当当当 0 0 时时时时，激激激激振振振振力力力力频频频频率率率率等等等等于于于于系系系系统统统统固固固固有有有有频频频频率率率率，振振振振幅幅幅幅趋于无穷大，这种现象称为趋于无穷大，这种现象称为趋于无穷大，这种现象称为趋于无穷大，这种现象称为共振共振共振共振。无阻尼系统发生共振时，振幅随时间无限增大。无阻尼系统发生共振时，振幅随时间无限增大。2 2、有阻尼受迫振动、有阻尼受迫振动、有阻尼受迫振动、有阻尼受迫振动F F Fk kmmc cF F FmmO Ox xF F Fk kkF F Fc cc运动微分方程的通解为：

39、运动微分方程的通解为：运动微分方程的通解为：运动微分方程的通解为：在简谐激励作用下，有阻尼系统的总响应由二部分组在简谐激励作用下，有阻尼系统的总响应由二部分组在简谐激励作用下，有阻尼系统的总响应由二部分组在简谐激励作用下，有阻尼系统的总响应由二部分组成：第一部分是成：第一部分是成：第一部分是成：第一部分是衰减振动；衰减振动；第二部分是第二部分是第二部分是第二部分是受迫振动受迫振动。引入：引入：引入：引入：幅频特性与相频特性幅频特性与相频特性1 1、频率比、频率比、频率比、频率比 0 0附近区域附近区域附近区域附近区域(低频或弹性控制区低频或弹性控制区低频或弹性控制区低频或弹性控制区)，振幅倍率

40、，振幅倍率，振幅倍率，振幅倍率 1 1，0 0，响应响应响应响应(x)(x)与激励与激励与激励与激励(F)(F)同相；对不同的阻尼比同相；对不同的阻尼比同相；对不同的阻尼比同相；对不同的阻尼比 ，曲线密集，阻尼影响不大。，曲线密集，阻尼影响不大。，曲线密集，阻尼影响不大。，曲线密集，阻尼影响不大。2 2、11区域区域区域区域(高频或惯性控制区高频或惯性控制区高频或惯性控制区高频或惯性控制区)，0 0，响应响应响应响应与激励反相；阻尼影响也不大。与激励反相；阻尼影响也不大。与激励反相；阻尼影响也不大。与激励反相；阻尼影响也不大。3 3、=1 1附近区域附近区域附近区域附近区域(共振区共振区共振区

41、共振区)，急剧增大急剧增大急剧增大急剧增大。通常将。通常将。通常将。通常将 =1 1，即即即即 =00称为共振频率。称为共振频率。称为共振频率。称为共振频率。阻尼影响显著，阻尼愈小，阻尼影响显著，阻尼愈小，阻尼影响显著，阻尼愈小，阻尼影响显著，阻尼愈小，幅频响应曲线愈陡峭。幅频响应曲线愈陡峭。幅频响应曲线愈陡峭。幅频响应曲线愈陡峭。在相频特性曲线图上，无论阻尼大小，在相频特性曲线图上，无论阻尼大小，在相频特性曲线图上，无论阻尼大小，在相频特性曲线图上，无论阻尼大小，1 1时，时，时，时，总有总有总有总有 =/2/2，这也是共振的重要现象。这也是共振的重要现象。这也是共振的重要现象。这也是共振的

42、重要现象。幅频特性与相频特性幅频特性与相频特性 11、波动的产生、波动的产生、波动的产生、波动的产生往复运动、旋转运动等周期性运动产生的激振力往复运动、旋转运动等周期性运动产生的激振力直接作用于介质，就会发生振动，而振动以波动的形直接作用于介质，就会发生振动，而振动以波动的形式迁移，或将周期性作用力施加到其他部件或基座上，式迁移，或将周期性作用力施加到其他部件或基座上，形成振源。如：压缩机、风钻、振动输送机等。形成振源。如：压缩机、风钻、振动输送机等。五、波动的产生与传播五、波动的产生与传播22、共振引起的扩大、共振引起的扩大、共振引起的扩大、共振引起的扩大(1)机器质量和支承弹簧引发的共振一

43、般为多自机器质量和支承弹簧引发的共振一般为多自由度共振，由度共振，除上下的振动外，还有因回转振动而引除上下的振动外，还有因回转振动而引起的共振。起的共振。(3)建建筑筑物物整整体体或或部部分分会会发发生生共共振振现现象象，从从而而使振动扩大。使振动扩大。(4)当当机机械械或或建建筑筑的的部部分分部部件件的的固固有有频频率率与与传传递递来的激振力频率一致时，就会发生强烈共振。来的激振力频率一致时，就会发生强烈共振。(2)激激振振力力传传递递过过程程中中，可可能能发发生生因因地地质质构构造造引引起地基共振的起地基共振的现象。现象。3 3、振动波的种类与形态、振动波的种类与形态、振动波的种类与形态、

44、振动波的种类与形态振动波的种类与形态振动波的种类与形态第三节第三节振动的评价与标准振动的评价与标准1 1、评价指标、评价指标、评价指标、评价指标 描述振动量的基本参数：位移、速度和加速度描述振动量的基本参数：位移、速度和加速度描述振动量的基本参数：位移、速度和加速度描述振动量的基本参数：位移、速度和加速度 一、振动的评价一、振动的评价振动强度振动强度振动强度振动强度 一一一一般般般般用用用用机机机机械械械械振振振振动动动动参参参参数数数数级级级级来来来来描描描描述述述述振振振振动动动动的的的的强强强强度度度度，单单单单位位位位分分分分贝贝贝贝(dB)(dB)。在在在在环环环环境境境境振振振振动

45、动动动测测测测量量量量中中中中，一一一一般般般般选选选选用用用用振振振振动动动动加加加加速度级速度级速度级速度级和和和和振动级振动级振动级振动级作为振动强度参数。作为振动强度参数。作为振动强度参数。作为振动强度参数。振动加速度级定义为：振动加速度级定义为：振动加速度级定义为：振动加速度级定义为：式中：式中：式中：式中：a ae e为加速度有效值，简谐振动的加速度为加速度有效值，简谐振动的加速度为加速度有效值，简谐振动的加速度为加速度有效值，简谐振动的加速度有效值有效值有效值有效值为加速度幅度的为加速度幅度的为加速度幅度的为加速度幅度的 a arefref为加速度参考值，国外一般取为加速度参考值

46、，国外一般取为加速度参考值，国外一般取为加速度参考值，国外一般取1010-6-6m/sm/s2 2，我，我，我，我国习惯取国习惯取国习惯取国习惯取1010-5-5m/sm/s2 2。振动级（修正的振动加速度级）：振动级（修正的振动加速度级）：振动级（修正的振动加速度级）：振动级（修正的振动加速度级）：式中：式中：式中：式中：为修正的加速度有效值，为修正的加速度有效值，为修正的加速度有效值，为修正的加速度有效值，a afefe为频率为为频率为为频率为为频率为f f的振动加速度有效值，的振动加速度有效值，的振动加速度有效值，的振动加速度有效值，c cf f为振动修正值，如下表所示。为振动修正值，如

47、下表所示。为振动修正值，如下表所示。为振动修正值，如下表所示。中心频率中心频率中心频率中心频率1 12 24 48 8161631.531.56363垂直方向修正值垂直方向修正值垂直方向修正值垂直方向修正值/dB/dB-6-6-3-30 00 0-6-6-12-12-18-18水平方向修正值水平方向修正值水平方向修正值水平方向修正值/dB/dB3 33 3-3-3-9-9-15-15-21-21-27-27垂直振动与水平振动的修正值垂直振动与水平振动的修正值垂直振动与水平振动的修正值垂直振动与水平振动的修正值2 2、振动评价标准、振动评价标准、振动评价标准、振动评价标准 在在在在生生生生理理理

48、理学学学学上上上上，振振振振动动动动强强强强度度度度习习习习惯惯惯惯以以以以g g（g=9.80665m/sg=9.80665m/s2 2）为为为为单单单单位位位位表表表表示示示示加加加加速速速速度度度度。人人人人体体体体对对对对振振振振动动动动的的的的感感感感觉觉觉觉标标标标准准准准为为为为：刚刚刚刚感感感感到到到到振振振振动动动动是是是是0.003g0.003g，不不不不愉愉愉愉快快快快感感感感是是是是0.05g0.05g，不不不不可可可可容容容容忍忍忍忍感感感感是是是是0.5g0.5g。国际化标准组织（国际化标准组织（国际化标准组织（国际化标准组织（ISOISO）推荐过一个评价人体在）推

49、荐过一个评价人体在）推荐过一个评价人体在）推荐过一个评价人体在振动环境中疲劳界限标准。我国也制定了相应的国家振动环境中疲劳界限标准。我国也制定了相应的国家振动环境中疲劳界限标准。我国也制定了相应的国家振动环境中疲劳界限标准。我国也制定了相应的国家标准标准标准标准人体全身振动暴露的舒适性降低界限和评价标人体全身振动暴露的舒适性降低界限和评价标人体全身振动暴露的舒适性降低界限和评价标人体全身振动暴露的舒适性降低界限和评价标准准准准（GB/T13442-92GB/T13442-92）。）。）。）。按劳动保护标准，振动强弱对人体的影响可分为按劳动保护标准，振动强弱对人体的影响可分为按劳动保护标准，振动

50、强弱对人体的影响可分为按劳动保护标准，振动强弱对人体的影响可分为四种情况：四种情况：四种情况：四种情况：（1 1）振动的振动的振动的振动的“感觉阈感觉阈感觉阈感觉阈”，人体刚能感觉到振动，对，人体刚能感觉到振动，对，人体刚能感觉到振动，对，人体刚能感觉到振动，对 人体无影响；人体无影响；人体无影响；人体无影响；（2 2）振动的振动的振动的振动的“不舒服阈不舒服阈不舒服阈不舒服阈”，振动会使人感到不舒服；，振动会使人感到不舒服；，振动会使人感到不舒服；，振动会使人感到不舒服；（3 3）振动的振动的振动的振动的“疲劳阈疲劳阈疲劳阈疲劳阈”，使人感到疲劳，工作效率降，使人感到疲劳，工作效率降，使人感