物理性污染控制-第三章-振动污染及其控制

若以距离x为横坐标,则瞬间振动振幅
（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。
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。
的状态，即可说物体在振动。
（2）任何一个可以用时间的周期函数
来描述的物理量，都称之为振动。
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，
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
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、
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）
（二）工程振动源
工程振动源：工程施工现场的振动源主要
是打桩机、打夯机、水泥搅拌机、辗压设备、
爆破作业以及各种大型运输机车等。
特征参数：常见工程振源附近 振级：60～100dB。
（三）道路交通振动源

铁路振源：
频率：一般在20～80Hz范围内； 离铁轨30m处的振动加速度级范围85～
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。
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 振动基础
第三节 振动的评价与标准
第四节 振动控制技术 第五节 减振材料与装置及其应用
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）当一个物体处于周期性往复运动
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。
振动对睡眠的影响试验
图3-1 由锻锤振动负荷引起的觉醒率



睡眠深度1度（浅睡眠）：振动级60dB无影响，69dB以上则全部觉醒； 深度2度（中度睡眠）：60～65dB无影响，79dB全部觉醒；因2度睡眠占8小时睡 眠时间的一半以上，故影响这种睡眠的振动级最令人厌烦； 睡眠深度3度（深睡眠）:74dB以上方会觉醒，觉醒几率很低； 睡眠深度REM(异相睡眠，指睡眠多梦期):振动影响介于深度2度和3度之间。
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。
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
1 2
k 1 c m 2m （3-33）
2
3.
共振烈度的表示
共振烈度：振动产生的最大位移振幅。 通常的振动多是
＜＜1，则最大振幅倍率近似为
（3-35）
x0 1 x 2 st max
共振烈度的强度 Q ：
f0 1 Q 2 f 2 f1
100dB，振动级范围75～90dB内。

公路振源：
频率：一般在2～160Hz范围内，其中
以5～63Hz的频率成分较为集中；
振级：多在65～90dB范围内。
（四）低频空气振动源
低频空气振动是指人耳可听见的 100Hz左右的低频

如玻璃窗、门产生的人耳难以听见
的低频空气振动。
这种振动多发生在工厂。
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
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。
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）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。
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 2 dt
（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。
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
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
（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
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
有阻尼
阻尼比 ＞0时，随
增大，最大位移振幅逐渐减小。
f 0 f0
2 1 2 （ 3-31）
最大振幅产生的频率比为 最大振幅产生的频率为
1 f f 0 1 2 2
2 2 c k 1 2 m cc
机床和刀具在加工时的振动，
各种动力机械的振动， 控制系统中的自激振动等。
（二） 振动污染
振动污染： 振动超过一定的界限,从而对人体的 健康和设施产生损害,对人的生活和工作
环境形成干扰,或使机器、设备和仪表不
能正常工Hale Waihona Puke Baidu。
振动污染的特点
1. 2. 3.
主观性：是一种危害人体健康的感觉公害。
局部性：仅涉及振动源邻近的地区。
（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
纵向共振频率
f0
横向共振频率
n 2l
E
（3-37）
E
k fo 2 l
（3-38）
k ——与棒横截面半径或厚度成正比的量。 式中，
●
四、波动的产生与传播
（一）波动的产生
（二）共振引起的扩大
（三）振动波的种类与形态
（四）波动沿地面的传递特性
（一）波动的产生
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
图3-2 位移、速度、加速度的相位关系
●
二、振动的性质
（一）正弦波振动 （二）复合正弦波振动
（三）冲击波振动
（一）正弦波振动
如图，正弦波最大振幅为A，周期为T，频率为f，角
速度ω=2πf＝2π/T，以时间t为横坐标,则瞬间振动 振幅 a 可表示为
A sin(t kx )
（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
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 。
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。
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. 4 .
共振烈度的表示 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。