1、隔振理论的要素及隔振设计方法
机械设备隔震设计基本准则和步骤
机械设备隔震设计基本准则和步骤一、设计基本准则（1）高层建筑多采用剪力墙结构，在开始制定方案时，应注意结构的高宽比不宜过大，对于9度地区，一般控制在3以内。
（2）剪力墙结构周边要尽少布置剪力墙，尽量将剪力墙布置在结构内部，布置不宜过于集中。
（3）剪力墙结构，隔震层可以做成转换，即按照特殊构件“转换梁”来指定，无须按照转换层来定义。
隔震层的转换梁柱尺寸会较大，确保隔震层的刚度和承载力，宜大于一般楼盖梁板的刚度和承载力。
（4）转换层的柱布置不宜过密，过密导致支座布置密集，隔震层刚度大，减震效果不好，也会导致单个支座的压力变小。
（5）对于框架结构，应考虑底层柱弯矩放大的正确位置，宜采用定义一层地下室的结构模型复核一层柱的配筋，其余构件的配筋按隔震层为上部结构的模型配设。
（6）罕遇地震下，隔震支座不宜出现拉应力。
（7）罕遇地震下，隔震支座最大水平变位应小于其有效直径的0.55倍和各橡胶层总厚度3倍二者的较小值。
（8）考虑到扭转影响，结构周边位移可能会稍大，铅芯隔震支座尽可能布置在周边。
天然橡胶支座布置在中间，有铅芯支座和天然支座混用，可以提高隔震效率。
二、设计步骤流程1、确定隔震目标。
2、建立有限元模型，根据竖向荷载选取支座，并确定隔震支座布置方案。
3、建立隔震有限元模型，利用迭代方法对隔震结构进行等效线性化，求取支座等效参数，计算结构等效刚度及等效阻尼比。
4、进行一体化设计分析，判断隔震结构有没有达到中震弹性层间位移角要求，指定构件的性能目标，并进行构件性能化配筋计算。
5、对隔震结构直接选波，验算支座在大震和巨震下是否符合规范要求。
6、直接接入中震下隔震结构计算的地震作用，进行隔震结构基础的设计。
7、整理隔震设计报告。
隔振原理及机械设备的隔振方法课件
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14
阻尼的作用
在振动力 F的0 作用下，物体振动的垂向振幅
可由式（x 0 1－5）计算：
x0k[1(f/f0)2F ]2 042(f/f0)2
（1－5）
阻尼的作用在振动传递率曲线上看得很清楚，
在共振区内，阻尼可以抑制传递率的幅值，使物
体的振幅也不至于过大在非共振区，当 ＞
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3
积极隔振与消极隔振
一般采取以下措施来防止或减弱有害的机械 振动： • 消除或减小振源， • 切断及抑制从振源向外界的振动传递； • 防止振动物体或结构的共振。
中间一项就是振动隔离的问题。振动隔离的 目的是：防止机器设备的振动对建筑结构及环境 的影响；防止建筑结构或基础的振动对机器设备 的影响。前者为积极隔振，后者为消极隔振。
（1－4）
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振Байду номын сангаас传递率与隔振效率
从式(1—3)及(1—4)可以看出，振动传递率 T a 与频率比( f / )f及0 阻尼比（ ）有关，三者关系可画 成如图1—2所示的曲线
由图1—2可知：
• 当 f / f＝0 1时，传递率为极大，此时整个隔振系统 处于危险的共振状态；
• 当 f / f＝0 时2 ，传递率 T＝a 1，此时隔振系统无隔 振效果，但传递力也不放大；
• 当 f / f0＞ 2，传递率 T ＜a l，有一定的隔振效果，振 动传递率可按式(1—4)计算或从图1—2查出。
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12
图1－2 振动传递率曲线
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振动传递率与隔振效率
因此，要使隔振系统有效果，必须使 是f /说f0 ＞要获2得。满一意般的的隔处振理效方果法，是应取该为使2.5隔～振4.支5，承也系就 统的固有频率为振动力频率的 。
结构隔振减震设计与制振技术
6.1概述
（3）混合控制（Hybrid Control）
被动控制器
外荷载
被动控制力 结构
（风、地震等） 主动控制力
反应
主动控制器
检测元件
混合控制是将主图动1控-3 制混与合控 被制 动的控工制作同原时理施加在同一结构 上的结构振动控制形式。
从其元素所起作用的相对大小来看，有两种组合方式：
HMS（液压－质量振动控制系统）与AMD相组合等。
结构隔振减震设计与制振技术
6.1概述
结构消能减震建筑的特点： 1. 消能减震装置可同时减少结构的水平和竖向的地震作
用，适用范围较广，结构类型和高度均不受限制； 2. 消能减震装置应使结构具有足够的附加阻尼，以满足
罕遇地震下预期的结构位移要求； 3. 由于消能减震结构不改变结构的基本型式，除消能部
结构控制技术按控制措施实施的方式不同，一般分为 被动控制（Passive Control）、主动控制（Active Control）、半主动控制（Semi—Active Control）和 混合控制（Hybrid Control）四类。
结构隔振减震设计与制振技术
6.1概述
（1）被动控制（Passive Control）
6.1概述
③ 结构附加装置控制：在结构的适当位置安放耗能减振 装置，以达到耗能减振的目的。 主要有： 各种耗能支撑、预应力摩擦墙、 金属阻尼器、摩擦阻尼器、 调频质量阻尼器（TMD）、 调频液体阻尼器（TLD）、 粘滞流体阻尼器和粘弹性阻尼器等等。
结构隔振减震设计与制振技术
6.1概述
（2）主动控制（Active Control） 指有外加能源的控制，其工作原理为：
（风外、荷地载震等）结 构 控制力
机械系统的结构减振与隔振设计
机械系统的结构减振与隔振设计在工程设计中，机械系统的结构减振与隔振设计是非常重要的。
振动在机械系统中是常见的现象，而过大的振动会对机械设备的正常运行和寿命造成严重影响。
因此，为了保证机械系统的性能和可靠性，减振与隔振设计是不可或缺的一环。
首先，我们来了解减振与隔振的基本概念。
减振是通过采取一系列措施来降低机械系统中的振动幅值，减少振动对机械设备的损害。
而隔振是通过设计隔振系统来把机械设备与周围环境隔离开来，避免机械振动传播到周围结构。
两者的主要目的都是降低振动对机械系统的不利影响，但实现的方式和方法有所区别。
在机械系统的结构减振设计中，首先需要进行振动分析，确定振动源和振动传递路径。
根据振动源的性质和传递路径的特点，可以选择合适的减振方法。
一种常见的减振方法是采用减振材料，如弹性材料、减振垫等。
这些材料具有一定的减振效果，能够吸收和消散振动能量，减少振动传递。
此外，还可以通过合理设计结构形式和加强约束来减少振动。
而在机械系统的隔振设计中，主要是通过设计隔振系统来实现振动的隔离。
隔振系统通常包括弹性隔振元件和隔振基座。
弹性隔振元件可以通过选择合适的材料和几何形状来实现不同的隔振效果。
隔振基座则是为了将机械设备与周围环境分离开来，减少振动传递。
在设计隔振系统时，需要考虑到振动频率、负载、可靠性等方面的因素，以确保隔振效果的有效性和可行性。
减振与隔振的设计过程中，还需要考虑到实际工程情况和成本限制。
不同的应用场景和要求会对减振与隔振设计提出不同的要求。
因此，在进行减振与隔振设计时，需要综合考虑振动源的特点、振动传递路径、减振与隔振效果、结构形式和成本等因素，以达到最佳的设计方案。
此外，在减振与隔振的设计中，还可以采用一些辅助手段来提高设计效果。
例如，通过模态分析和有限元分析等方法，可以更加准确地预测和评估振动特性，从而指导设计过程。
另外，通过改进材料的性能和结构形式，也可以进一步提升减振与隔振效果。
因此，在进行减振与隔振设计时，需要综合运用各种工具和方法，以获得最佳的设计效果。
维也纳声学院隔振原理
维也纳声学院隔振原理维也纳声学院是一种用于减少声音传播的隔振原理。
它由奥地利物理学家海因里希·威尔哈尔姆·珀特夏兹在19世纪末发明，并在维也纳音乐协会建筑物中得到了广泛应用。
维也纳声学院为音乐表演提供了极佳的音质和声学环境，成为世界上最著名的音乐厅之一维也纳声学院的隔振原理主要依靠两个关键设计特点：声音衍射和振动分离。
首先，声音衍射是指声波在遇到不连续的障碍物时会发生偏折和弯曲。
通过精心设计的墙壁、地板和天花板上的曲线、棱角以及深度变化，声音会发生多次衍射和散射，从而减少了声波的传播。
其次，维也纳声学院利用振动分离技术将建筑物本身和周边环境的振动从音乐活动中隔离开来。
这种技术通过在大厅的基础中嵌入减震器和隔振垫来实现。
减震器是一种能够吸收振动和减少能量传递的装置，能够将机械振动转化为不可感知的热能。
而隔振垫则是一种材料，具有良好的减震和隔音性能，能够阻止振动的传播。
维也纳声学院还应用了多层隔音和隔热结构以进一步减少外界噪音的干扰。
建筑物的外墙通常由数层不同厚度和密度的材料构成，这些材料能够吸收和反射噪音。
此外，各层之间还通过空气层隔开，形成有效的隔音和隔热层。
这些设计可以减少外界繁忙城市环境和交通噪音的干扰，为音乐表演提供清晰而真实的声音。
维也纳声学院还考虑了人工照明和空调系统对声学环境的影响。
在光线设计方面，建筑物的灯具被精确地布置在角落和墙壁的特定位置，以减少直射光和散射光对音质的影响。
此外，维也纳声学院的空调系统采用了低噪音和无震颤的设计，最大限度地减少了系统的振动和噪音，确保了音乐表演的清晰度和真实性。
维也纳声学院的成功建立归功于对声学原理和建筑物设计的深入研究和精确计算。
通过采用衍射、振动分离、多层隔音和隔热等技术，维也纳声学院创建了一个近乎理想的声学环境，提供了卓越的音质和听觉体验。
它的设计思路和技术手段对于其他音乐厅和建筑物的声学优化有着重要的借鉴意义，为音乐表演和听众的享受提供了更好的条件。
隔振原理及机械设备的隔振方法
（1－7） （1－8）
可假定系统的初始条件
P (t ) v0 dt t M
0
物体的位移（t>0）及速度可用式（1－9）、（1－10） 表达：
x v0 sin(0 1 2t )
0 1 2 e t
0
（1－9） （1－10）) 1 2 e0 t
积极隔振与消极隔振
一般采取以下措施来防止或减弱有害的机械 振动： 消除或减小振源， 切断及抑制从振源向外界的振动传递； 防止振动物体或结构的共振。 中间一项就是振动隔离的问题。振动隔离的 目的是：防止机器设备的振动对建筑结构及环境 的影响；防止建筑结构或基础的振动对机器设备 的影响。前者为积极隔振，后者为消极隔振。
消极的冲击隔离
消极的冲击隔离如图1—3b所示，基础的脉冲位移由式 (1—13)表达：
U (t ) U 0 (-t<t<0) (t<-t,0<t)
（1－13）
物体的初始速度 v0 由式(1—14)表达： （1－14） 物体的位移与式（1－9）相同，隔离系数与式（1－12） 相同。 消极的冲击隔离和积极的冲击隔离的隔离原理是相同的， 为了达到一定的隔离效果，须选择较软的弹性支承并增大 系统的支承阻尼性能。
本章内容
隔振原理及机械设备的隔振方法 隔振器、隔振元件与隔振材料的分类及主 要性能 隔振器、隔振元件与隔振材料的选用 单双层隔振与浮筏隔振
隔振器、隔振元件与隔振材料的分类 及主要性能
从理论上说，凡是具有弹性的材料均能作为隔振 元件，但在实际工程应用上受到很多条件的限制， 例如能否大量供应，性能是否稳定，使用寿命长 短以及是否具有防水、防油、防火性能等。兹将 目前国内大量使用的隔振元件和隔振材料介绍如 下。
机器动荷载作用下建筑物承重结构的振动计算和隔振设计规程
机器动荷载作用下建筑物承重结构的振动计算和隔振设计
规程
随着科技的发展和建筑工程的进步，机器动荷载对建筑物承重结构的振动计算和隔振设计规程显得尤为重要。
振动是指物体在受到外力作用时产生的周期性的运动，建筑物在受到机器动荷载作用下也会产生振动。
因此，对建筑物的振动进行计算和隔振设计规程的制定是非常必要的。
首先，针对机器动荷载作用下建筑物承重结构的振动计算。
在建筑物的设计中，需要考虑到机器设备对建筑物的振动影响。
为了保证建筑物的结构不受损坏，必须对机器动荷载作用下的振动进行精确的计算。
这需要考虑建筑物的结构特点、机器设备的特性以及土壤的承载能力等因素，通过数学模型和工程计算方法来进行振动计算，从而确定建筑物的振动特性和响应。
其次，针对建筑物的隔振设计规程。
为了减小机器动荷载对建筑物的振动影响，必须制定科学合理的隔振设计规程。
这包括在建筑物的设计阶段就考虑隔振技术的应用，采用合适的隔振材料和隔振措
施，以及在施工过程中严格按照规程进行施工和检测。
通过隔振设计规程的制定和实施，能够有效地减小建筑物的振动，保证建筑物的结构安全和稳定。
在实际工程中，机器动荷载作用下建筑物承重结构的振动计算和隔振设计规程是非常重要的，它关乎到建筑物的安全性和使用性。
只有通过科学的振动计算和合理的隔振设计规程，才能够保证建筑物在受到机器动荷载作用时不产生过大的振动，从而保证建筑物的使用寿命和安全性。
因此，建筑工程师和设计师在进行建筑物设计时必须重视机器动荷载作用下的振动计算和隔振设计规程，以保证建筑物的质量和安全。
振动控制的基本途径隔振原理隔振元件隔振设计
10.2.1 主动隔振：设备-基础
力传递率Tf：通过隔振装置传递到 基础上力Ff的幅值Ff0与作用在质量 m上激励力的幅值F0之比。
10.2.2 被动隔振：基础-设备
位移传递率T：通过隔振装置传递 到机器上的振动位移幅值y0与系统 基础受到外来振动影响产生的位移 幅值yf0之比。
阻 尼 因 子 一 般 取
阻尼层结构：将高阻尼材料与振动构件结合成一个整体，增大振动能量的损耗；
f远高于f0时，增大设备基础质量，减小系统的振动； 2 振动隔离（增加振动传递损失）
隔
1 主动隔振：设备-基础
减小激励力：系统本身的不平衡力 在振动的传递路径上采取措施减少振动的传递
振
固体声的频率越高，隔断的效果越明显。
断开传递构件嵌入一段轻质材料（或保留空隙），会形 f远高于f0时，增大设备基础质量，减小系统的振动；
(1)确 定 d和 D， d1.6 kW 0C1.61.3*1725*50.85cm
r
40000
CD4~10， k=(4C+2)/(4C-3),r=4104N/cm2 d
(2)确 定 有 效 工 作 圈 数 ： n08G K C d38 8 1 1 0 7 6 2 50 .5 83 54 弹 簧 全 部 圈 数 n41.55.5圈
器
柔性接管:材质有橡胶、金属、丝网、帆布和塑料等。
固体声的频率越高，隔断的效果越明显。
力传递率Tf：通过隔振装置传递到基础上力Ff的幅值Ff0与作用在质量m上激励力的幅值F0之比。
10. 3 隔振元件
不锈钢丝绳隔振器
10. 3 隔振元件
橡 胶 隔 振 器
10. 3 隔振元件
橡胶隔振垫
10. 3 隔振元件
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隔振理论的要素及隔振设计方法
采用隔振技术控制振动的传递是消除振动危害的重要途径。
隔振分类
1、主动隔振
对于本身是振源的设备，为了减少它对周围的影响，使用隔振器将它与基础隔离开来，减少设备传到基础的力称为主动隔振，也称为积极隔振。
2、被动隔振
对于允许振幅很小，需要保护的设备，为了减少周围振动对它的影响，使用隔振器将它与基础隔离开来，减少基础传到设备的振动称为被动隔振，也称消极隔振。
隔振理论的基本要素
1、质量m（Kg）指作用在弹性元件上的力，也称需要隔离构件（设备装置）负
载的重量。
2、弹性元件的静刚度K（N/mm）
在静态下作用在弹性元件上的力的增量T与相应位移的增量δ之比称为刚度 K=T（N）/δ（m）。
如果有多个弹性元件，隔振器安装在隔振装置下，其弹性元件的总刚度计算方法如下：
如有静刚度分别为K1、K2、K3…Kn个弹性元件并联安装在装置下其总刚度K=K1+K2+K3+…+Kn。
如有静刚度分别为K1、K2、K3…Kn个弹性元件串联安装在装置下其总刚度1/K=（1/K1）+ （1/K2） + （1/K3） +（…） + （1/Kn）。
3、弹性元件的动刚度Kd。
对于橡胶隔振器，它的动刚度值与隔振器橡胶硬度的
高低，使用橡胶的品种有关，一般的计算办法是该隔振器的静刚度乘以动态系数d，动态系数d按下列选取：
当橡胶为天然胶，硬度值Hs=40-60，d=1.2-1.6
当橡胶为丁腈胶，硬度值Hs=55-70，d=1.5-2.5
当橡胶为氯丁胶，硬度值Hs=30-70，d=1.4-2.8
d的数值随频率、振幅、硬度及承载方式而异，很难获得正确数值，通常只考虑橡胶硬度Hs=40°-70°。
按上述范围选取，Hs小时取下限，否则相反。
4、激振圆频率ω（rad/s）
当被隔离的设备（装置）在激振力的作用下作简谐运动所产生的频率，激振力可视为发动机或电动机的常用轴速n
其激振圆频率的计算公式为ω=（n/60）×2π
n—发动机（电动机）转速n转/分
5、固有圆频率ωn（rad/s）
质量m的物体作简谐运动的圆频率ωn称固有圆频率，其与弹性元件（隔振器）刚度K的关系可由下式计算：ωn（rad/s）=√K（N/mm）÷m（Kg）
6、振幅A（cm）
当物体在激振力的作用下作简谐振动，其振动的峰值称为振幅，振幅的大小按下列公式计算：A=V÷ω
V—振动速度cm/s
ω—激振圆频率，ω=2πn÷60（rad/s）
7、隔振系数η（绝对传递系数）
隔振系数指传到基础上的力F T与激振力F O之比，它是隔振设计中一个主要要
素，隔振系数按不同的隔振类型分别选取，一般选择范围0.25-0.01，最佳选择范围为0.11-0.04。
8、频率比（Z）
系统的激振频率ω与固有频率ωn之比称为频率比Z，它的大小可根据选取的隔振效率来计算：Z≥1÷√η，在隔振系统中只有Z > √2，即η< 0.5才有隔振效果。
9、阻尼系数C
当固体（弹性体）在外力作用下产生变形，以滞后形式消耗能量产生的阻尼称为阻尼系数，作为橡胶隔离器来说，它的大小可按下列公式计算：C=βK÷ωn, β为力学材料损耗固子。
β值按橡胶硬度和胶料品种选取。
K—弹性体动刚度
ωn—弹性体固有频率
10、临界阻尼Ce
临界阻尼是一个系统内粘滞阻尼的最低值，它允许系统偏离后回到初始位置而不产生振动。
11、阻尼比ζ
在有粘滞阻尼系统中，实际的阻尼系数C与临界阻尼系数Ce之比称为阻尼比。
ζ=C/Ce，在橡胶隔离器中按胶料品种及硬度确定：
胶料为天然胶时，阻尼比为0.025-0.075
胶料为丁腈胶时，阻尼比为0.075-0.15
胶料为氯丁胶时，阻尼比为0.075-0.30
胶料为丁基橡胶时，阻尼比为0.12-0.50
阻尼比随着硬度H的增加而增加，H=40时，取下限，H=70时，取上限。
在有阻尼的隔振设计中，设ωd为有阻尼时的固有频率，ωn为无阻尼时的固有频率，a为材料的衰减系数，ωd=√ωn²-a²
ζ（阻尼比）=C/Ce=a/ωn a=ζωn
ωd=√ωn²-（ζωn ）²=ωn×√1-ζ²
当ζ=0.05时，ωd=0.99875ωn
当ζ=0.2时，ωd=0.98ωn
ωd≈ωn
因阻尼比在隔振设计中影响很小，所以在隔振设计中，一般对阻尼比不进行考虑。
隔振系统的特性
1、隔振效率（η）（绝对传递率）在主动隔振系统中为传到基础上的力F T与
激振力F O之比，在被动减振中为设备的振幅与基础振幅之比。
2、相对传递率在被动隔振系统中，相对传递率为被隔振设备相对基础的位移，
δo=A-U，与基础位移幅值U之比，即ηR=δo/U，δo影响隔振效果，是隔振要求的最小间隙。
3、运动响应β，在主动隔振系统中，设备的位移振幅，A与静变位Ast之比，
为运动响应，即β=A/Ast，由于Ast=F O/K ，所以β=AK/F O，为保证设备在
隔振过程中具有足够的活动空间，隔振器具有的间隙应大于设备的位移振幅A，运动响应也称动力放大系数。
隔振设计的步骤
1、通过计算，测量对比或调查统计等方法确定被隔离设备的原始数据，包括设
备及安装台座的尺寸，重量，重心和中间主惯轴的位置，以及振源的大小，方向频率或频谱。
2、根据隔振的具体要求，主动隔振时允许传到基础上的力，被动隔振时设备允
许的振幅确定隔振系统中的隔振效率η和运动响应β，按公式Z≥1÷√η，计算频率比Z，按频率比Z=ω÷ωn计算系统的固有频率ωn，如果在设备上作用着多个振源，在计算频率比Z时，应取激振频率ω的最小值，对于多自由度系统，应取系统的最高固有频率，以保证各个激振频率和固有频率都能满足Z=2.5-5的要求。
3、根据公式K=1/Z²×m×ω²计算隔振器的总刚度，其中Z-频率比，m-隔振物体
的质量（Kg），ω-激振频率（rad/s），如果有n个隔振器并联安装，每个隔振器的刚度为K1=K/n。
对多自由度的隔振系统可先估计隔振器的刚度，再验算固有频率。
4、计算主动隔振时传递到基础的力，或被动隔振时设备的振幅，核算是否符合
隔振要求，如果不满足要求，可适当增加设备底座的重量，进一步降低设备的重心位置，或改变减震器的参数。
隔振就是在振源和减振体之间安装隔振装置，以隔绝或减弱振动能量的传递。
隔振分为主动隔振和被动隔振。
设备本身是振源，为了降低它对周围其它设备的影响而采取隔振措施的，称主动隔振；对于需要防振的设备，为了降低周围振源对它的影响而采取的隔振措施，叫被动隔振。
对于单自由度的隔振系统，主动隔振和被动隔振的力学模型见图1、图2。
隔振系统的隔振效果以隔振系数来表示。
主动隔振的隔振系数是通过隔振器传到支承上、的力幅与激振力之比；被动隔振的隔振系数则是振动体的振幅与支承的振幅之比。
其表达式均为：
式中：η为隔振系统的隔振系数；ξ为隔振器阻尼比，为实际阻尼C与临界阻尼Cc之比；λ为隔振系统频率比，为激振频率f与隔振器固有频率fn之比。
隔振器的隔振效率ε以下式表示：ε=（1-η）×100%。