隔振原理
隔振基本原理ppt课件
主要内容
隔振的基本原理 ω和ρ对隔振效果的影响 隔振器的设计 高频、低频隔振
一、隔振基本原理
刚性基座对力 是1比1的传递过去的。它对 力 F不起放大或减小的作用。
一、隔振基本原理
一、隔振基本原理
二、ω和ρ对隔振效果的影响
计当 时阻
尼 忽 略 不
二、ω和ρ对隔振效果的影响
当 阻 尼 不 可 忽 略 时
二、ω和ρ对隔振效果的影响
二、ω和ρ对隔振效果的影响
三、隔振器的设计
积极隔振
消极隔振
高频振动干扰的隔离（100Hz以上） 中频振动干扰的隔离（ 6Hz以上至100Hz之间） 低频振动干扰的隔离（ 5Hz以下）
三、隔振器的设计
三、隔振器的设计
当确定隔振系统的参数后，还应根据具体要求选好隔振系 统的结构形式。
的一种方案
四、高频/低频隔振
低频振动的隔离
ＴＨＡＮＫ ＹＯＵ！
尽量使系统的质量中心处在垂直平面的中心轴上(结构的 中心轴上)。
最好使系统的质量中心在水平位置上处于弹性元件的支承 水平面附近，以提高系统的横向稳定性。
四、高频/低频隔振
高频振动的隔离
高频干扰往往振幅较小而频率高，它常会引起弹性元 件的纵向弹性共振。
在发生纵向弹性共振的情况下,负荷的弹性元件本身 则变成一个有分布参数的线性振动系统。隔振系统除有集 中参数的线性振动系统的一个固有频率ω0外，还有其他共 振频率ωk，这就是弹性元件的纵向弹性固有振动频率。所 以在设计隔振系统时，除考虑到集中参数的线性振动规律 外，还应注意不使主要的干扰频率与隔振系统的纵向固有 弹性振动频率相同，从而保证整个隔振系统在干扰力的作 用下能获得良好的隔振效果。
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。
隔振与阻尼的关系
隔振与阻尼的关系隔振是利用振动元件间阻抗的不匹配，以降低振动传播的措施。
隔振技术常应用在振动源附近，把振动能量限制在振源上，不向外界扩散，以免激发其他构件的振动；也应用在需要保护的物体附近，把需要低振动的物体同振动环境隔开，避免物体受振动的影响。
采取隔振措施主要是设计合适的隔振器。
隔振的原理是把物体和隔振器（主要是弹簧）系统的固有频率设计得比激发频率低得多（至少低3倍）;但对高频振动要注意把隔振器的特性阻抗设计得与连结构件的特性阻抗有很大变化（至少差3倍）。
为此,隔振器如用钢丝弹簧，还要垫上橡皮、毛毡等作的垫子。
在隔振器的设计中，还应该考虑阻尼的作用。
对启动过程中变速的机械，设计隔振器时应加阻尼措施，以免经过共振频率时振动过大。
阻尼是通过粘滞效应或摩擦作用把振动能量转换成热能而耗散的措施。
阻尼能抑制振动物体产生共振和降低振动物体在共振频率区的振幅，具体措施就是提高构件的阻尼或在构件上铺设阻尼材料和阻尼结构。
如近年来研制成的减振合金材料，具有很大的内阻尼和足够大的刚性，可用于制造低噪声的机械产品。
另外，在振动源上安装动力吸振器，对某些振动源也是有效的降低振动措施。
对冲击性振动，吸振措施也能有效地降低冲击激发引起的振动响应。
电子吸振器是另一种类型的吸振设备。
它的吸振原理与上述隔振、阻尼不同，它是利用电子设备产生一个与原来振动振幅相等、相位相反的振动，来抵销原来振动以达到降低振动的目的（见有源降噪）。
隔振和阻尼的关系一般情况下,隔振设备和阻尼设备的功能是差不多的，两者是相辅相成的，所以在选型的时候，一定要挑选合理的平衡点。
阻尼的作用1 / 2单纯从隔振观点来说，阻尼的增加会降低隔振效果，但是在机器的实际工作过程中，外界的激励，除简谐型外还可能包含一些不规则的冲击，由于冲击会引起设备较大振幅的自由振动，增加阻尼的目的就是能使自由振动很快消失，尤其是当隔振对象在起动及停车而经过共振区时，阻尼就显得更加重要。
第五章-隔振技术-第六章-阻尼技术
6.1.2 阻尼的产生机理 从工程应用的角度讲，阻尼的产生机理就 是将广义振动的能量转换成可以损耗的能量，
从而抑制振动、冲击、噪声。 1 ．工程材料的内阻尼 材料阻尼的机理是：宏观上连续的金属材
料会在微观上因应力或交变应力的作用产生 分子或晶界之间的位错运动、塑性滑移等，
产生阻尼。在低应力状况下由金属的微观运
动产生的阻尼耗能，称为金属滞弹性。
当金属材料在周期性的应力和应变作用
下，加载线 和卸载线 在一次周期的应力循 环中，构成了应力 - 应变的封闭回线 ABCDA ，阻尼耗能的值正比于封闭回线的面 积。
粘弹性材料属于高分子聚合物，从微观结构上
看，这种材料的分子与分子之间依靠化学键或物 理键相互连接，构成三维分子网。高分子聚合物 的分子之间很容易产生相对运动，分子内部的化 学单元也能自由旋转，因此，受到外力时，曲折 状的分子链会产生拉伸、扭曲等变形；分子之间 的链段会产生相对滑移、扭转。当外力除去后， 变形的分子链要恢复原位，分子之间的相对运动 会部分复原，释放外力所做的功，这就是粘弹材 料的弹性；但分子链段间的滑移、扭转不能全复 原，产生了永久性变形，这就是粘弹材料的粘性， 这一部分功转变为热能并耗散，这就是粘弹材料 产生阻尼的原因。
系统频率。如果系统干扰频率 比较低，系
统设计时很难达到 的要求，则必须通
过增大隔振系统阻尼的方法以抑制系统的振
动响应。
5.2 隔振设计与隔振器 在隔振设计中，通常把 100Hz 以上的干 扰振动称作高频振动， 6-100Hz 的振动定义 为中频振动， 6Hz 以下的振动为低频振动。 常用的绝大多数工业机械设备所产生的 基频振动都属于中频振动，部分工业机械设
隔音、吸声、隔振处理
隔音、吸声、隔振处理
隔音、吸声和隔振是声学控制技术的三个主要方面，它们各自有不同的原理和应用。
隔音：隔音是通过使用密实、质量重的材料（如木板、金属板、墙体等）阻挡并减弱在空气中声波的传播。
隔音材料的主要性能是隔声，而不具备吸音性能。
隔音主要是切断声音通过空气传播的途径。
吸声：吸声是通过使用多孔、质量轻的材料吸收入射声波，让声波透入材料内部而把声能消耗掉。
吸声材料的主要性能是吸声，而不具备隔声性能。
吸声处理在噪声传播途径上进行控制是一种传统常用而且有效的方法。
隔振：隔振是通过隔振措施将振动源与环境隔开，使设备产生的激振力通过减振装置隔离，从而有效抑制固体声。
隔振与吸声是两个完全不同的概念，隔声与隔振动要分开处理。
工程结构的阻尼和隔振设计
未来研究方向探讨
智能化阻尼和隔振技术
随着人工智能和大数据技术的发展，未来可研究如何将智能算法应用 于阻尼和隔振设计中，实现自适应调节和优化控制。
新型阻尼材料和隔振技术
02 03
隔震支座
隔震支座是一种特殊的阻尼装置，用于隔离地震波向上部结构的传播。 它允许建筑物在地震时相对于地面发生水平位移，从而减小地震力对上 部结构的影响。
耗能支撑
耗能支撑是一种具有滞回特性的支撑构件，能够在地震中通过塑性变形 消耗能量，减轻主体结构的损伤。
桥梁结构中的隔振设计
隔震沟
在桥梁结构中，隔震沟被用于隔离地震波向桥墩的传播。通过在桥墩周围设置隔震沟，可 以减小地震力对桥墩的作用，保护桥梁免受地震破坏。
阻尼材料
用于吸收和消耗振动能量，减少振动的幅度和持续时 间。常用的阻尼材料有橡胶、沥青等。
辅助结构
用于固定隔振元件和阻尼材料，保证整个隔振系统的 稳定性和可靠性。
隔振效果评价指标
传递率
表示隔振系统对振动传递的阻隔 程度，通常以分贝（dB）为单位 进行衡量。传递率越低，隔振效 果越好。
固有频率
指隔振系统自身固有的振动频率 。当外界振动频率接近固有频率 时，隔振系统容易发生共振，导 致隔振效果降低。
粘弹性阻尼材料
兼具粘性和弹性，能耗散振动能量，适用于各 种复杂结构的阻尼设计。
复合阻尼材料
通过不同材料的组合，实现宽频带、高效能的阻尼效果，满足特殊工程需求。
智能控制技术在隔振系统中应用
主动隔振技术
采用作动器对结构施加反向振动，抵消外部激励 引起的振动，实现高精度隔振。
隔振技术在轨道交通中的应用
c
.
x
，通过传振系
.
统的干扰力为 P c x kx ，在稳定情况下，
图1.2 有阻尼单自由度 隔振系统
传递干扰力的幅度为：
p0
& P cx kx
F0 / k
(kej(t) jce j(t) )
(1 z2 )2 (2z)2
F0 / k
(k 2c2) ，振动传递系数为：T
图1.4 轨道结构主动隔振
图1.5 建筑物基础安装减振支座
一、隔振基本原理及效果评价指标
1.4 隔振的分类
（2）按照隔振器有源与否分：隔振分为被动隔振、主动隔振和半主动隔振。被动隔振是在 振源与系统之间加入弹性元件、阻尼元件甚至惯性元件以及它们的组合所构成的子系统。主动隔 振也叫有源隔振，一般是在被动隔振的基础上，并联或串联一个能产生满足要求的力作动器，或 者用力作动器代替被动隔振装置的部分或全部元件，通过适当的动态主动力来达到隔振的目的， 这种隔振装置需要系统中有能源装置提供能量支持隔振装置工作。半主动隔振与被动隔振的差别 在于使用过程中，它可以改变隔振设备的阻尼特性，所以，半主动隔振设备又称为可控制的被动 隔振系统，隔振效果优于被动隔振。像主动隔振系统一样，半主动隔振系统的传感器装置得到结 构响应及激励的信息，并反馈给最优控制算法装置，然后发出适当的指令给半主动设备，以改变 隔振设备的特性，但与主动隔振系统不同的是，半主动隔振系统提供的控制力受到隔振设备的制 约，有时它并不能提供按最优控制算法得到的力，所以，它的控制效果次于最优主动控制。然而， 由于半主动隔振所需要的外部能量比主动控制少得多，且半主动隔振系统不给结构施加机械能量， 隔振的稳定性得到保障，是一种失效一安全性的隔振方法。
隔振技术与阻尼减震振
T
142f f0 2
1f f0 2 242f f0 2
其中：ξ＝δ/δ0，即系统阻尼系数与临界阻尼系数 之比,临界阻尼系数δ0＝4πmf0
讨论传振系数T与ξ的关系：
（1）当f/f0＜21/2时，即图中AB和BC段，也就 是系统不起隔振作用甚至发生共振作用的范围，ξ 越大，则T值越小，表明增大阻尼对控制振动有 好处； （2）当f/f0＞21/2时，即图中CD段，也时设计隔 振装置经常考虑的范围， ξ越小，则T值越小，表 明阻尼越小越好，阻尼对隔振效果有不良的影响。
（3）机动车辆噪声测量 车内噪声、车外噪声、定置噪声
在测试中心周围25m半径范围内不应有大的反 射物，测试跑道应有20m以上平直、干燥的沥 青路面或混凝土路面，路面坡度不超过0.5％
始端线
传声器
终端线
7.5m
0
7.5m
10m
10m
传声器
器官固有频率相吻合的频率； 3）低于2Hz的次声波振动可能导致人的死亡； 4）影响和损害建筑物、精密仪器和设备。
振动强弱对人影响情况（总概括）：
（1）振动的“感觉阈” （2）振动的“不舒适阈” （3）振动的“疲劳阈” （4）振动的“危险阈”和“极限阈”
ISO5349标准（局部振动标准）：
规定了8-1000Hz不同暴露时间的振动加速度 和振动速度的允许值，用来评价手传振动暴露对人 损伤危害。
表达噪声的随机起伏程度
Ln：测量时间内高于Ln声级所占的时间为n％ 如：L10＝70dB噪声级高于70dB的时间占10％ 通常认为， L90相当于本底噪声级， L50相当 于中值噪声级， L10相当于峰值噪声级(用于 评价涨落较大的噪声相关性较好)
累计百分数声级一般只用于有较好正态分布 的噪声评价
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书：机械振动与噪声学
赵玫，周海亭， 陈光冶，朱蓓丽
科学出版社2004年9月第1版 2008年1月第三次印刷 P135
隔振：就是在振源和设备或其他物体之间用弹性或阻尼装置连接，使振源产生的大部分能量由隔振装置吸收，以减小振源对设备的干扰。
分类：主动隔振（积极隔振） 被动隔振（消极隔振） 如图所示，其中：
m —机器的质量
k —弹性装置的刚度
c （或h/ω）—弹性装置的阻尼
当机器的振幅为0X 时，它传递到底座上的力有两部分：一部分通过
弹簧传递到基础上，即弹簧力0kX ；另一部分是由阻尼器传到地基上
的力，即阻尼力0X c ω（或0hX ）。
机器的受力分析和力矢量的关系如
图所示，传递到地基上的力幅T F 是上述两力的矢量和。
()()()20202021ωζω+=+=kX X c kX F T
由式（4-23）()()222000
21/ωζωμ+-==kX kX F 代入上式得：()()()222202121ωζωωζ+-+=F F T 定义力传递率为：0F F S
T
==刚性支承传递的力幅幅通过弹性支承传递的力 则()()()222202121ω
ζωωζ+-+===F F S T
刚性支承传递的力幅幅通过弹性支承传递的力
当阻尼忽略不计时，0=ζ
2011ω-==F F S T
将上式画成力传递曲线，如下图所示，从图中可以看出：
（1）当1<<ω时，1≈S ，当系统的固有频率远大于激励频率时，隔振效果几乎没有；
（2）当2<ω时，1>S ，不但没有什么隔振效果，反而会将原来的振动放大；
（3）当1=ω时，系统还要产生较大的共振振幅；
（4）当2>ω时，1<S ，振动隔离才有可能。