振动污染及其控制

波动产生的机理：激振力的作用。 由往复、旋转之类周期性运动产生的激振力直
接作用于媒介物，就会发生振动。
振动往往以波动的的形式迁移，或将周期性作
用力施加到其它部件或基座上，形成振源。
典型的振源：压缩机、破碎机、自动织布机、各
种风钻、振动输送机等。
（二）共振引起的扩大
共振现象的主要形式有4种
1.
无阻尼受迫振动
2.
有阻尼受迫振动
图3-11
受迫振动
（三）振动体与共振
1. 固有频率 2. 共振发生的频率
3.
共振烈度的表示
4. 振动体与共振频率
1. 固有频率（也称共振频率）
单自由度振动系的固有频率与质量、劲度常数及衰
减系数相关。
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。
（二） 振动对心理的影响
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。
除振动感受器官感受到振动外，有时也会看到电灯
摇动或水面晃动，听到门、窗发出的声响，从而判断 房屋在振动。
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。
（三） 振动对工作效率的影响
振动引起人体的生理和心理变化，导致工
1
2 3 4
●
三、振动的影响
（一） 振动对生理的影响 （二） 振动对心理的影响
（三） 振动对工作效率的影响
（四） 振动对构筑物的影响
（一） 振动对生理的影响
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 经系统、代谢系统、感官的各种病症，损 关节等
伤脑、肺、心、消化器官、肝、肾、脊髓、
按时间的正弦或余弦规律变化的振动。
若正弦振动，则

位移 速度 加速度
x x0 sin t
dx x0 cos t dt
d 2x 2 x0 sin t dt 2
（3-1） （3-2） （3-3）
（ x0为振幅、ω为角频率）
简谐振动（正弦）的相位关系
位移、速度和加速度 的相位关系如图所示， 相位差为π/2，则位 移和加速度相位相反。
瞬时性：是瞬时性能量污染，在环境中无
残余污染物，不积累。振源停止，污染即 消失。
●
二、振动污染源
自然振源
地震、火山爆发等自然现象。 自然振动带来的灾害难以避免， 只能加强预报减少损失。
振动 污染源
（一）工厂振动源
人为振源
（二）工程振动源 （三）道路交通振动源 （四）低频空气振动源
自然振动
火山爆发
公害振动发生的主频率范围大约为1～100Hz。
长跨度桥、天线、电缆、建筑物等的固有频率在此范围。
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。
2. 共振发生的频率
无阻尼
即阻尼比 = 0，频率比 / 0 = 1 时，呈共振状态 理论上振幅为无穷大。
察隅地震，整个村庄被抛起
（一）工厂振动源
工业振动源：旋转机械、往复机械、传动轴系、
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气、液、粉的管道。
特征参数：常见工厂振源附近
面上加速度级：80～140dB； 振级：60～100dB； 峰值频率：10～125Hz。
在流体场中必须考虑媒介体的体积弹性，因此
空气中只发生纵波。
液体表面发生以重力和表面张力为恢复力的横波。
固体中，体积变化的阻尼产生纵波；形变阻尼导
致横波产生。
在无限大的媒介体中传播的仅为纵波和横波
在性质完全不同的固体界面或固体与真空、固体
（1）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。
（2）波动传递过程中，可能发生因地质构造引起
地基共振的现象。
3）从受振（即受损方）还须考虑与振源同样的机
械或建筑及其支承引起的共振。
（4）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。
（三）振动波的种类与形态
纵波（压缩波或疏密波）:传播速度快， 在振源观测时总是先到达观测点，故也称 为一次波（Primary Wave，略作P波） 纵波传播以媒介体体积伸长或压缩的形式 变化，质点沿波的行进方向作前后运动。 横波（剪切波）:又称二次波（Secon
实体波
（Body Wave）
dary Wave，略作S波） 横波中质点运动与波的传播方向垂直，媒 介体体积不发生变化 。
第三章 振动污染及其控制
第三章 振动污染及其控制
第一节 概述
第二节 第四节 第五节 振动基础 振动控制技术 减振材料与装置及其应用
第三节 振动的评价与标准
第一节 概述
●
一、振动与振动污染
● ●
二、振动污染源
三、振动的影响
●
一、振动与振动污染
（一） 振动
（二） 振动污染
（一） 振动
定义：
（1）任何一个可以用时间的周期函数
作效率降低。
振动可使视力减退，用眼工作时所花费的
时间加长。
振动使人反应滞后，妨碍肌肉运动，影响
语言交谈，复杂工作的错误率上升等。
（四） 振动对构筑物的影响
振动通过地基传递到构筑物，导致构筑物破
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， 影响程度取决于振动的频率和强度。
瑞利波（Rayleigh Wave）：最具代表 性的表面波，在公害振动中起重要贡献。 质点运动与波的传播方向垂直 乐甫波(Love wave)：在不同固体表面 层内发生的表面波。
质点运动与波传播方向垂直且水平移动。
表面波
（Surface Wave）
图3-14 振动波的种类与形态
（三）振动波的种类与形态
（3-36）
意义：表示共振点处振幅扩大为静态位移的倍数
例，若Q为10，则共振点处的振幅扩大为静态位移的10倍。
4.
振动体与共振频率
桥梁、天线、各类机械及构件等大多为棒状振动体。 设棒状体(圆形、方形、矩形板条)材料密度为ρ，
弹性模量为E，长度为l，振动体的共振频率为基频的 整倍数n＝1，2，3……，则
1.
图 弹 簧 自 由 振 动 示 意 图 3-8
无阻尼自由振动
2.
有阻尼自由振动
在弹性系数为k的弹簧上 加一质量m，使其产生位 移后轻轻放开，则弹簧 作无阻尼自由振动。
实际振动系统有弹簧内摩 擦、滑动摩擦、空气或水 的阻力等各种阻尼作用， 是有阻尼自由振动。
（二）受迫振动：在外力反复作用下的振动
来描述的物理量，都称之为振动。
（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。
振动现象
物理现象：声、光、热等物理现象都包含振动； 生命和生活：心脏搏动、耳膜和声带的振动是人体
的基本功能。
工程技术领域：

桥梁和建筑物在阵风或地震激励下的振动 飞机和船舶在航行中的振动，
冲击波示例
图(a)是典型的单一矩形冲击 波振幅A、持续时间T，显示 从低频到高频具有均一频谱 的冲击力。
图(b) 的正弦波半周期激励 是近似实际的冲击波谱图。 是物体具有弹性所致结果。
图3-6 冲击波及其频谱示意图
●
三、简谐振动系统
（一）自由振动
（二）受迫振动

（三）振动体与共振
（一）自由振动：无外力作用的振动
图3-4 正弦波的合成 （基波和3次谐波的相位影响）
（三）冲击波振动
冲击性振动：冲压、锤锻之类的物体碰撞、
下落运动产生的振动。
往往为公害振动！ 冲击：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；
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。
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 危害。
第二节 振动基础
●
● ● ●
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
●
一、振动的基本物理量
频率
周期
位移
基本物理量
加速度 速度
简谐振动是最简单的周期振动。
定义：某个运动量（位移、速度或加速度）
振动污染源 按形式分为
固定式单个振动源
如，一台冲床或一台 水泵等
集合振动源 如，厂界环境振动， 建筑施工场界环境振 动
按振动源的动态特征又可分成表3-1所示的四类。
表3-1 环境振动污染源动态特征
No 动态特征 定 义 示 例 往复运动机械，如空压机、柴 观测时间内振级变化不大 油机等；旋转机械类，如发电 稳态振动 的环境振动 机、发动机通风机等 冲击振动 无规则 振动 铁路振动 具有突发性振级变化的环 建筑施工机械，如打桩机等； 境振动 锻压机械，如冲床，纺锤等 未来任何时刻不能预先确 道路交通振动、居民生活振动。 定振级的环境振动 如房屋施工，室内运动等 列车行驶带来的轨道两侧 铁路机车的运行 30m外的环境振动
（3-4）
可表示为
（3-5）
A sin(t kx)
图3-3 正弦波
（二）复合正弦波振动
定义：两个以上正弦波
叠加后形成的新波称为 复合正弦波。
振动频率相同的正弦波合
成后仍是以相同频率振动 的简谐振动。
在基波上含有3次谐波(基波的3
倍频波)的波形。 相对于基波分别相差90º 相位。 随着波形移动，其峰值(复合波 的振幅)也随之变化。 这种复合波仍是周期波形。