工程中的振动问题的研究进展

工程中的振动问题的研究进展
摘要：随着科学技术的发展，工程中的振动问题愈来愈受到人们的关注，研
究进展也越来越迅猛。

本文将针对工程中的振动问题，结合国内外近年来的研究
成果，综述其研究进展。

关键词:振动、问题研究、相关进展
引言
振动问题是工程学中常见的问题，其出现与各种机械、结构、交通工具等都
有关系，因此振动问题的研究具有广泛的应用价值。

工程中的振动问题主要与以
下几个方面相关：机械系统的振动、建筑结构的振动、交通工具的振动等。

而随
着技术的不断发展，工程中的振动问题的研究也不断深入，涉及到许多新的技术
与理论。

本文主要介绍工程中的振动问题的研究进展，包括振动的产生机理、振动测试与分析、振动控制等方面，旨在全面介绍当前振动问题研究的最新进展
与趋势。

一、振动理论的发展
振动理论是研究振动中物体的固有频率、振幅、相位和波形等基本特性的一
门学科。

在振动理论的发展过程中，人们逐渐认识到，振动不仅是一种物理现象，而且也与其他相关学科有着密切的联系。

因此，振动理论呈现出相对于其他学科
交叉性、前沿性与综合性的特点。

在振动理论的发展史中，有三个重要的时间节点：牛顿的刚体力学理论、达朗伯的振动理论和拉格朗日的变分方法。

（1）牛顿的刚体力学理论
牛顿的刚体力学理论是振动理论发展的起始点。

在牛顿的刚体力学理论中，
振动是一种无限小的运动，假设了振动的幅值趋近于零，不会影响刚体的运动，
即振动不会使刚体的形状、大小和内部结构发生变化。

（2）达朗伯的振动理论
达朗伯是振动理论研究的先驱之一。

他提出了振动现象的均匀机械解释，即
振动是一种力的作用，它可以通过连续介质力学来进行描述。

通过分析物体在不
平衡力作用下的运动，他发现了很多重要的物理现象，如振动的相位、共振、衰
减等。

（3）拉格朗日的变分方法
拉格朗日在振动理论中应用了变分方法，创造出了拉格朗日动力学，使振动
问题得到了较为客观、简洁、优美的描述。

通过运用拉格朗日方程，可以求解出
物体在某一时刻的特定状态下的运动状态，即使在复杂条件下，也可以求解出振
动的各种变量。

二、振动控制技术
工程中的振动控制技术是将振动控制手段引入到机器、建筑和其他结构物等
系统中，以控制其振动行为。

近几十年来，随着人们对振动问题的深入研究，振
动控制技术得到了长足的发展，涌现出许多新的方法和工具，其中比较常见的有：（1）阻尼和隔振技术
阻尼技术是振动控制技术中最常用的方法之一。

其原理是在结构体上添加阻
尼材料，通过消耗结构的振动能量来减少振动幅度，达到减振的效果。

此外，阻
尼技术还可以通过调节阻尼器的参数来实现对振动的控制。

隔振技术是指利用弹性支撑使一系统降低对外加激励起响应的能力。

将振动
源与基础的刚性联接改为弹性联接，能隔绝或减弱振动能量的传递，从而实现减
振降噪的目的。

常用的做法为，依据隔振原理在振动源下方安装弹簧类、橡胶类
的隔振器，使隔振系统固有频率远低于振源振动频率，进而减小振动传递的传递
系数。

（2）质量添加技术
质量添加技术是另一种常用的振动控制技术。

通过在结构体上添加一定的质量，改变结构体的特征频率，从而使其偏离共振状态，达到抑制振动的效果。

常
见的质量添加方法包括在结构体上添加铅垂直支架、钢球和混凝土块等。

（3）主动控制技术
主动控制技术采用先进的控制算法与执行器对结构体进行精确控制，通过在
结构体上施加反向激励力，消除结构体产生的振动。

主动控制技术具有实时性高、响应速度快、灵活性强等优点，但由于其高成本，目前尚未普及，多用于对振动
控制要求较敏感的项目。

二、振动的产生机理
振动的产生机理主要与系统的特性有关，比如质量、刚度、阻尼等。

在机械
系统中，振动的产生主要涉及以下几个方面：
1.杆件的弯曲振动与扭转振动：在机械系统中，杆件的弯曲振动和扭
转振动是最常见的振动形式。

其产生的原因通常是杆件受到了一定的外力作用，
导致杆件发生一定的位移。

当外力的作用消失后，杆件因为惯性而继续向前运动，便形成了振动。

2.齿轮的齿面振动：在机械系统中，齿轮的齿面振动也是一种常见的振
动形式。

其产生的原因通常是齿轮齿面间的相互作用所引起的。

当一对齿轮啮合时，由于两个齿轮齿面间有一定的间隙，当齿轮转动时，间隙会引起一定的相对
位移，从而形成齿面振动。

3.异常噪声：在机械系统中，异常噪声也是一种常见的振动形式，其产
生的原因通常是系统的某个部分出现故障。

形成异常噪声的原因很多，比如轴承
的损坏、齿轮的啮合不良、带状传动的滑移等。

以上三种振动形式只是机械
系统中的部分振动形式，实际上振动的产生与系统的复杂程度有关，因此振动问
题的研究应该兼顾系统的各个方面，以便更好地理解和解决振动问题。

三、振动测试与分析
振动测试与分析是研究振动问题的重要手段，其主要任务是测量系统的
振动特性，并对测得的数据进行分析和解释。

振动测试与分析通常包括以下几个
步骤：
1.振动信号的采集：振动信号的采集通常使用传感器来完成，比如加速
度计、速度计、位移传感器等。

采集的信号可以反映系统的振动特性，包括振动
频率、振动幅值、振动形态等。

2.信号的处理与分析：采集到振动信号后，需要对信号进行处理与分析，以便获得更有用的信息。

处理与分析的方法包括时域分析、频域分析、波形分析等。

3.数据的可视化：可视化是将数据转化为图像，以便更直观地展示数据。

可视化的方法包括三维图像、谱图、波形图等。

通过可视化，可以更直观地
了解系统的振动特性，从而为问题的解决提供相关的数据支持。

4.数据的解释和应用：分析与处理的数据需要进一步加以解释和应用，
以便更好地理解系统的振动特性，并为问题的解决提供更有力的支持。

四、振动控制在工程中的应用
振动控制技术的应用范围非常广泛，涉及到很多方面，如机械、建筑、桥梁、船舶等领域。

以下罗列了一些振动控制技术在工程中的应用案例：
（1）振动控制在建筑中的应用
随着现代建筑技术的发展，建筑结构越来越高、越来越大，其振动问题也越
来越突出。

因此，在建筑中应用振动控制技术显得尤为重要。

例如，在天安门广
场文化遗址营救工程中，通过增加质量重量，改变结构的固有频率，达到了减振
的效果。

（2）振动控制在机械领域的应用
机械领域是工程领域中振动控制应用最为广泛的领域之一。

在机械系统中，
振动问题具有极高的危害性，容易导致机械零部件的损坏或失效。

因此，在机械
系统设计中，振动控制技术被广泛应用。

例如，在陀螺仪、惯性导航系统等精密
机械装备中，都采用了各种振动控制技术，以保证其高精度的工作状态。

（3）振动控制在桥梁中的应用
桥梁是连接两个地区间的重要交通枢纽，其结构及运行安全性对人们的交通
出行有着至关重要的作用。

因此，振动控制技术在桥梁中的应用也变得越来越重要。

例如，在某北京主干道的桥梁上，采用了基于捷联技术的振动控制技术，有
效地控制了桥梁的共振现象，提高了桥梁的运行安全性和稳定性。

五、结论
工程中的振动问题是一个复杂的问题，其涉及的方面很多，因此研究振
动问题需要兼顾系统的各个方面，以便更好地理解和解决振动问题。

当前，振动
问题的研究已经涉及到许多新的技术和理论，比如振动测试与分析技术、振动控
制技术等，这些技术和理论的应用使得工程中的振动问题得以更好地解决。

未来，随着技术和理论的不断发展，振动问题的研究也将不断深入，为工程实践提供更
好的技术支持。

参考文献
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