工程中的振动问题幻灯片
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振动力学教程PPT课件
动的叠加-----------谐波分析
•
2、非周期：利用傅立叶积分作谐波分析
• δ函数又称为单位脉冲函数-----它的性质、应用
示成一系列简谐振
第22页/共35页
第一节：简谐振动及其表示方法
•一、简谐振动的表示方法
• （一）正弦函数表示
2、A、ω、Φ ------简谐振动三要素
第23页/共35页
第24页/共35页
船舶的模态分析和强度分析，飞行器的结构振动和声疲劳分析等。
3） 在土木建筑、地质工程中：建筑、桥梁等结构物的模态分析，地震
引起结构物的动态响应，爆破技术的研究等。
4） 在医学、生物工程中：脑电波、心电波、脉搏波动等的信号处理等。
第12页/共35页
2途径：
1）从具体的工程对象提炼出力学模型 2）建立数学模型------应用力学知识建立所研究问题的数学模型 3）对数学模型进行分析和计算，求出请确、近似或数值解。 4） 比较------将计算结果与工程问题的实际现象或实验研究的测试结果进行 比较，考察理论结果是否解决该工程问题，如不能解决而数学模型及求解均无错 误，则需要修改力学模型重复上述过程。
第9页/共35页
5 随机振动
20世纪50年代，航空和航天工程的发展对振动力学提出了更高 的要求，确定性的力学模型无法处理包含随机因素的工程问题----如大气湍流引起的飞机颤振、喷气噪音导致飞行器表面结构 的声疲劳、火箭运载工具有效负荷的可靠性等。工程的需要迫使 人们用概率统计的方法研究承受非确定性载荷的机械系统和结构 的响应、稳定性和可靠性等， 从而 形成了随机振动这一振动力 学的重要组成部分。 在工程问题中振动信号的采集和处理是随机振动理论应用的前提， 由于计算机的迅速发展和快速第1傅0页/立共35叶页 变换算法的出现，随机振动
振动控制 PPT课件
绪 论
振源
受控对象
吸振
3. 吸振：又称动力吸振。在受控对象上附加一个子系 统称之为动力吸振器，用它产生吸振力以减小受控 对象对振源激励的响应。
– 从能量的角度，使激励能量分配到受控对象和子系统上，并 使分配到受控对象上的能量最小，以达到减振目的。
2019/10/17
南京航空航天大学 振动工程研究所
17
– 作业：迟交或缺一次作业扣10分，两次取消考试资格 – 缺席处理：无故缺席一次扣10分，三次取消考试资格
推荐两个论坛：
SIMWE仿真论坛：/ 振动论坛：/forum/index.php
课件交流邮箱： vc_nuaa@， 密码：vc666888
振动控制 Vibration Control
振动控制 Vibration Control
2019/10/17
南京航空航天大学 振动工程研究所
1
振动控制 Vibration Control
课程在学科体系中的位置
• 振动控制是联系振动理论和控制理论的一门交叉 学科。
• 结构动力学 • 振动数值分析(有限元计算) • 振动测试与分析、模态分析理论
4
振动控制 Vibration Control
参考书籍
• 顾仲权, 振动主动控制 • 张阿舟, 振动控制工程 • 张阿舟, 实用振动工程2 -- 振动控制与设计 • Richard C. Dorf, 现代控制系统(第八版中译
版)
• Wodek K. Gawronshi, Advanced Structural Dynamics and Active Control of Structures
• 主动控制（Active Control）：除外界振动源或干扰外，有 其他外部能量输入或交换的振动系统；
振动分析案例(48个实例)PPT课件
高速齿轮右边带族
N1
N1
N1
N1
1
2
N1
N1
N1
N0
3
6
频率
4
N0
N0
低速齿轮左边带族
低速齿轮右边带族
某压缩机组振- 动频谱实例
8
含 了 (1)电 动 机 转 子 动 平 衡
(2)电 动 机 转 子 与 定 子 等 小 间 隙摩擦 (3)电 动 机 与 低 速 齿 轮 轴 之 间 联轴器对中 (4)压 缩 机 转 子 动 平 衡 (5)压 缩 机 转 子 与 壳 体 间 摩 擦 (6)压 缩 机 与 高 速 齿 轮 轴 之 间 联轴器对中 (7)齿 轮 啮 合 和 齿 轮 缺 陷 (8)各 轴 承 运 行 状 况 等 等 机 器
3#轴承座靠风机侧轴
垂直方向振动幅值两者相差约十倍!!!
承座，底板垂直振动 为7. 2至8. 2毫米/秒有
效值；而靠汽轮机侧
轴承座，底板垂直振
8.2mm/s RMS 动仅为0. 5至1. 0毫米/
秒有效值，两侧振动
相差约十倍!!导致轴承
座轴向振动高达13. 6
毫米/秒有效值，远远
13.6mm/s RMS
实例NO.2 30万吨/年乙烯装置裂解气压 缩机组转子动不平衡故障
1996年11月2日某大型裂解气压缩机中压缸两端轴承座振动突 增数倍，诊断为转子严重不平衡!开缸检查证实，因进口过滤 器支承块断裂，刮下大量积焦- ，堆积在转子上造成严重不11 平衡 !经清焦处理，开车证实：振动恢复正常。
Case History #2 Rotor Unbalance
实例NO.2 30万吨/年乙烯装置裂解气 压缩机组转子动不平衡故障
Typical Spectrum典型的频谱
N1
N1
N1
N1
1
2
N1
N1
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N0
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频率
4
N0
N0
低速齿轮左边带族
低速齿轮右边带族
某压缩机组振- 动频谱实例
8
含 了 (1)电 动 机 转 子 动 平 衡
(2)电 动 机 转 子 与 定 子 等 小 间 隙摩擦 (3)电 动 机 与 低 速 齿 轮 轴 之 间 联轴器对中 (4)压 缩 机 转 子 动 平 衡 (5)压 缩 机 转 子 与 壳 体 间 摩 擦 (6)压 缩 机 与 高 速 齿 轮 轴 之 间 联轴器对中 (7)齿 轮 啮 合 和 齿 轮 缺 陷 (8)各 轴 承 运 行 状 况 等 等 机 器
3#轴承座靠风机侧轴
垂直方向振动幅值两者相差约十倍!!!
承座，底板垂直振动 为7. 2至8. 2毫米/秒有
效值；而靠汽轮机侧
轴承座，底板垂直振
8.2mm/s RMS 动仅为0. 5至1. 0毫米/
秒有效值，两侧振动
相差约十倍!!导致轴承
座轴向振动高达13. 6
毫米/秒有效值，远远
13.6mm/s RMS
实例NO.2 30万吨/年乙烯装置裂解气压 缩机组转子动不平衡故障
1996年11月2日某大型裂解气压缩机中压缸两端轴承座振动突 增数倍，诊断为转子严重不平衡!开缸检查证实，因进口过滤 器支承块断裂，刮下大量积焦- ，堆积在转子上造成严重不11 平衡 !经清焦处理，开车证实：振动恢复正常。
Case History #2 Rotor Unbalance
实例NO.2 30万吨/年乙烯装置裂解气 压缩机组转子动不平衡故障
Typical Spectrum典型的频谱
工程中的振动问题分解课件
采用减振措施。
THANKS
感谢观看
减小机械振动的措施包括优 化设计、改善润滑、调整平 衡等。
电磁振动
电磁振动是由电磁力作用 引起的振动。
电磁振动可能导致设备噪 音、结构疲劳、电磁干扰 等问题。
在电机、变压器等电气设 备中，电磁振动是常见的 问题。
减小电磁振动的措施包括 优化磁场设计、增加阻尼 等。
流体振动
流体振动是指由于流体流动、冲击、波动等原因引起的 振动。
建筑工程中的振动问题
总结词
建筑工程中的振动问题主要与施工过程和建 筑物的稳定性有关。
详细描述
在施工过程中，由于施工机械和运输车辆的 振动，建筑物可能会发生变形或开裂。为了 确保建筑物的质量和安全性，工程师需要采 取措施减小这些振动的影响。
机械工程中的振动问题
总结词
机械工程中的振动问题主要与机器的效率和 寿命有关。
解决振动问题需要综合考虑多种因素，如材料特性、结构形式、外部激励 等，需要具备丰富的理论知题的来源
机械振动
机械振动是指由于机械系统 的摩擦、弹性及质量不平衡 等因素引起的振动。
机械振动可能导致设备损坏 、降低效率、产生噪声等问 题。
机械振动在各种工程领域中 都可能发生，如旋转机械、 往复机械等。
振动问题的分类
01 根据振动频率，可以分为低频振动和高频振动。 02 根据振动方向，可以分为单向振动和多向振动。 03 根据振动原因，可以分为机械振动、电磁振动、
流体振动等。
振动问题的重要性
振动问题在工程中具有广泛的应用，如机械制造、航空航天、交通运输、 建筑等领域。
振动问题可能导致结构疲劳、设备损坏、精度降低等问题，影响工程的安 全性和稳定性。
03
THANKS
感谢观看
减小机械振动的措施包括优 化设计、改善润滑、调整平 衡等。
电磁振动
电磁振动是由电磁力作用 引起的振动。
电磁振动可能导致设备噪 音、结构疲劳、电磁干扰 等问题。
在电机、变压器等电气设 备中，电磁振动是常见的 问题。
减小电磁振动的措施包括 优化磁场设计、增加阻尼 等。
流体振动
流体振动是指由于流体流动、冲击、波动等原因引起的 振动。
建筑工程中的振动问题
总结词
建筑工程中的振动问题主要与施工过程和建 筑物的稳定性有关。
详细描述
在施工过程中，由于施工机械和运输车辆的 振动，建筑物可能会发生变形或开裂。为了 确保建筑物的质量和安全性，工程师需要采 取措施减小这些振动的影响。
机械工程中的振动问题
总结词
机械工程中的振动问题主要与机器的效率和 寿命有关。
解决振动问题需要综合考虑多种因素，如材料特性、结构形式、外部激励 等，需要具备丰富的理论知题的来源
机械振动
机械振动是指由于机械系统 的摩擦、弹性及质量不平衡 等因素引起的振动。
机械振动可能导致设备损坏 、降低效率、产生噪声等问 题。
机械振动在各种工程领域中 都可能发生，如旋转机械、 往复机械等。
振动问题的分类
01 根据振动频率，可以分为低频振动和高频振动。 02 根据振动方向，可以分为单向振动和多向振动。 03 根据振动原因，可以分为机械振动、电磁振动、
流体振动等。
振动问题的重要性
振动问题在工程中具有广泛的应用，如机械制造、航空航天、交通运输、 建筑等领域。
振动问题可能导致结构疲劳、设备损坏、精度降低等问题，影响工程的安 全性和稳定性。
03
工程中的振动问题分解课件
非线性振动
在非线性振动方面，我们已经掌握了一些有效的数值方法 ，如多尺度法和摄动法。这些方法可以用于预测结构的非 线性振动行为。
未来研究展望
复杂结构体系
未来我们将深入研究复杂结构体系的振动问题， 如大型土木工程、航空航天结构和多体系统等。 我们需要发展新的数值方法和实验技术，以解决 这些复杂结构中的振动问题。
详细描述
除上述三种方法外，还有多种数值分析和实 验方法可用于振动问题的分析，如有限差分 法、有限元素法、实验模态分析法等。这些 方法具有各自的特点和适用范围，根据具体 问题的需求进行选择。
CHAPTER 05
振动问题的控制方法
主动控制方法
主动振动控制技术
通过向系统施加反向振动 ，抵消或减弱原始振动。
自由振动是指在没有外部作用力的情况下，物体或系统依靠 自身弹性恢复力所做的振动。受迫振动是指在外力作用下， 物体或系统发生的振动。自激振动则是由系统自身非线性特 性所引起的振动。
工程中常见的振动问题
• 工程中常见的振动问题包括：机器设备的振动、建筑结构的振 动、车辆和船舶的振动、航空器和火箭的振动等。这些振动问 题可能影响设备的性能和寿命，增加结构疲劳和损伤的风险， 影响车辆和船舶的行驶性能，以及增加航空器和火箭的能耗和 风险。
总结词
边界元分析法是一种基于边界积分方程 的数值分析方法。
VS
详细描述
边界元分析法将系统的振动问题转化为边 界积分方程的求解，通过建立边界元素和 内部元素的联系，求解系统的响应和参数 。该方法适用于具有明确边界条件和几何 形状的问题，具有较高的计算效率和精度 。
其他分析方法
总结词
其他分析方法包括多种数值分析和实验方法 。
振动的危害和影响
在非线性振动方面，我们已经掌握了一些有效的数值方法 ，如多尺度法和摄动法。这些方法可以用于预测结构的非 线性振动行为。
未来研究展望
复杂结构体系
未来我们将深入研究复杂结构体系的振动问题， 如大型土木工程、航空航天结构和多体系统等。 我们需要发展新的数值方法和实验技术，以解决 这些复杂结构中的振动问题。
详细描述
除上述三种方法外，还有多种数值分析和实 验方法可用于振动问题的分析，如有限差分 法、有限元素法、实验模态分析法等。这些 方法具有各自的特点和适用范围，根据具体 问题的需求进行选择。
CHAPTER 05
振动问题的控制方法
主动控制方法
主动振动控制技术
通过向系统施加反向振动 ，抵消或减弱原始振动。
自由振动是指在没有外部作用力的情况下，物体或系统依靠 自身弹性恢复力所做的振动。受迫振动是指在外力作用下， 物体或系统发生的振动。自激振动则是由系统自身非线性特 性所引起的振动。
工程中常见的振动问题
• 工程中常见的振动问题包括：机器设备的振动、建筑结构的振 动、车辆和船舶的振动、航空器和火箭的振动等。这些振动问 题可能影响设备的性能和寿命，增加结构疲劳和损伤的风险， 影响车辆和船舶的行驶性能，以及增加航空器和火箭的能耗和 风险。
总结词
边界元分析法是一种基于边界积分方程 的数值分析方法。
VS
详细描述
边界元分析法将系统的振动问题转化为边 界积分方程的求解，通过建立边界元素和 内部元素的联系，求解系统的响应和参数 。该方法适用于具有明确边界条件和几何 形状的问题，具有较高的计算效率和精度 。
其他分析方法
总结词
其他分析方法包括多种数值分析和实验方法 。
振动的危害和影响
工程振动第一章(3)ch1cPPT课件
解2：x(t) 1B1 sin(t )
1
s2
(1 s2 )2 (2s)2
解1：x(t) B sin(t )
1
(1 s2 )2 (2s)2
B me 20211/3/20
0
M <<振动力学>>
k M
s 0
tg 1
2s
1 s2
me 2
B k4
单自由度系统受迫振动 / 工程中的受迫振动问题 / 惯性测振仪
mx cx kx mD 2eit
x1 2 x1 02 x1 D2eit
•当m很大，k相对小时， 很小，上式左端2、
3两项比第一项小，可略去。改写为：x1 D2eit
•积分后有： x1 Deit x f (t) 移传感器。
得到的是位
•当m很小，k相对大时，0 很大，上式左端1、 2两项比第三项小，可略去。改写为： 02x1 D2eit •得到的是加速度传感器。
2s
1 s2
<<振动力学>>
绝对位移
x x1 x f 2 Dei(t )
2
1 (2s)2 (1 s2 )2 (2s)2
1 2
2 tg 1(2s)
3
单自由度系统受迫振动 / 工程中的受迫振动问题
偏心质量情况
me 2 sin t
m
e t
x M
x
k
c
m
x
e
M t
k
c
k
ck
2
2
Mx cx kx me 2 sin t
单自由度系统受迫振动
教学内容
• 线性系统的受迫振动 • 工程中的受迫振动问题 • 任意周期激励的响应 • 非周期激励的响应
振动基本知识及故障诊断86页PPT
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
振动基本知识及故障诊断
傅行军 东南大学 火电机组振动国家工程研究中心
上篇：振动基本知识
一、振动及其分类
振动——指物体在一定位置附近的往复运动。
普遍存在于宇宙及人类生产、生活中。是电厂重要安全经济指标之一。
电厂中振动过大的危害
（1） 减少设备的使用寿命，造成设备损坏，甚至酿成灾难性事故； （2）动静部件碰摩，使转轴弯曲，部件及基础损坏； （3）降低机组的机械性能和热力性能； （4）振动及其产生的噪声，影响运行人员身体健康和工作效率。
描述振动在起始瞬间的状态。
（三）简谐振动的合成
振动与其它运动形式一样也可以进行合成与分解 振动往往是由若干种频率的简谐振动合成的 下面我们研究几种基本而重要的简谐振动的合成
1.同方向、同频率简谐振动的合成——仍然为简谐振动
x 1 A 1 co 0 t 1 s ) x 2 , ( A 2 co 0 t 2 s ) (
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
若分振动频率不成整数比，则合运动轨迹不能形成稳定的封闭曲线， 质点运动不具有周期性
若分振动频率成整数比，则合运动轨迹为一稳定的封闭曲线，质点运
动具有周期性，轨迹图形称为利萨如图形
机械振动的PPT精选全文
x0 0
x0
0
x0 0
按指数规律衰减的非周期运 动
0
t
临界阻尼（ 1）
• 定义临界阻尼系数
1 cc 2mn 2 mk
（9）
阻尼 比
c
cc
（10）
超临界阻尼（ 1）
• 运动方程的通解为
x C e C e n 21 t 1
n 2 1 t 2
设系统的初始条件为
n 2 1 t 2
x e C e C e nt
i 1 2nt
1
i 1 2nt 2
临界阻尼（ 1）
运动方程的通解为
x C1 C2t ent
（6）
设系统的初始条件为
x 0 x0, x 0 x0
对应该初始条件的解为
x x0 n x0 x0 t ent
（7） （8）
x(t) x0
x 0 x0, x 0 x0
对应该初始条件的解为
x
1 2
x0
x0 2 1 n
x0
es1t
2 1
1 2
x0
x0 2 1 n
x0
es2t
2 1
（11） （12）
（13）
超临界阻尼（ 1）
x(t)
A
Ae 21 nt
x0
0
t
Be 21 nt B
•一种按指数规律衰减的非周期蠕动，没有振动发生 •注意：实际工程中一般不会出现超临界（过）阻尼的情况
些 x(t)
1.4
1
0.2
t
s2 2ns n2 0
特征方程的根（系统特征值）
s1,2 n 2 1
特征值的三种情况：
（4） （5）
电厂转动设备振动讲解与案例分析ppt课件
在低频范围内，振动强度与位移成正比；在中 频范围内，振动强度与速度成正比；在高频范 围内，振动强度与加速度成正比。
因为频率低意味着振动体在单位时间内振动的 次数少、过程时间长，速度、加速度的数值相 对较小且变化量更小，因此振动位移能够更清 晰地反映出振动强度的大小；而频率高，意味 着振动次数多、过程短，速度、尤其是加速度 的数值及变化量大，因此振动强度与振动加速
3
精品课件
专业术语解释
振幅：振幅是物体动态运动或振动的幅度。 振幅是振动强度和能量水平的标志，是评判机
器运转状态优劣的主要指标 峰峰值、单峰值、有效值 1. 振幅的量值可以表示为峰峰值（pp）、单峰
值（p）、有效值（rms）或平均值（ap）。 2. 峰峰值是整个振动历程的最大值，即正峰与
负峰之间的差值；
5
精品课件
专业术语解释
频率、周期 频率f是物体每秒钟内振动循环的次数，单位
是赫兹 [Hz]。 频率是振动特性的标志，是分 析振动原因的重要依据。 周期T是物体完成一个振动过程所需要的时间， 单位是秒 [s] 。 例如一个单摆，它的周期就是重锤从左运动到 右，再从右运动回左边起点所需要的时 间。 频率与周期互为倒数，f＝1/T。 对旋转 6
精品课件
探讨课题：电厂转动设备振动案例讲解与分析 培训部门： 培 训 人： 培训日期：
1
精品课件
培训内容：
1、专业术语解释 2、振动的测量方法 3、振动的分类 4、常见引起振动故障的原因 5、案例讲解
2
精品课件
专业术语解释
1、机械振动 物体相对于平衡位置所作的往复运动称为机械 振动。简称振动。 例如，机器箱体的颤动、 管线的抖动、叶片的摆动等都属于机械振 动。 振动用基本参数、即所谓“振动三要素” — 振幅、频率、相位加以描述。
因为频率低意味着振动体在单位时间内振动的 次数少、过程时间长，速度、加速度的数值相 对较小且变化量更小，因此振动位移能够更清 晰地反映出振动强度的大小；而频率高，意味 着振动次数多、过程短，速度、尤其是加速度 的数值及变化量大，因此振动强度与振动加速
3
精品课件
专业术语解释
振幅：振幅是物体动态运动或振动的幅度。 振幅是振动强度和能量水平的标志，是评判机
器运转状态优劣的主要指标 峰峰值、单峰值、有效值 1. 振幅的量值可以表示为峰峰值（pp）、单峰
值（p）、有效值（rms）或平均值（ap）。 2. 峰峰值是整个振动历程的最大值，即正峰与
负峰之间的差值；
5
精品课件
专业术语解释
频率、周期 频率f是物体每秒钟内振动循环的次数，单位
是赫兹 [Hz]。 频率是振动特性的标志，是分 析振动原因的重要依据。 周期T是物体完成一个振动过程所需要的时间， 单位是秒 [s] 。 例如一个单摆，它的周期就是重锤从左运动到 右，再从右运动回左边起点所需要的时 间。 频率与周期互为倒数，f＝1/T。 对旋转 6
精品课件
探讨课题：电厂转动设备振动案例讲解与分析 培训部门： 培 训 人： 培训日期：
1
精品课件
培训内容：
1、专业术语解释 2、振动的测量方法 3、振动的分类 4、常见引起振动故障的原因 5、案例讲解
2
精品课件
专业术语解释
1、机械振动 物体相对于平衡位置所作的往复运动称为机械 振动。简称振动。 例如，机器箱体的颤动、 管线的抖动、叶片的摆动等都属于机械振 动。 振动用基本参数、即所谓“振动三要素” — 振幅、频率、相位加以描述。
工程中的振动问题PPT共47页
要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
工程中的振动问题
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
▪
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
工程中的振动问题
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
▪
《振动分析案例》课件
这些振动不仅会影响乘客的舒适度，还可能对航空器的结构造成损伤，影响飞行安 全。
因此，对航空器的振动进行分析和减振设计至关重要。
航空器的模态分析
01
模态分析用于确定航空器结构的固有频率和振型。
02
通过模态分析，可以了解航空器在不同频率下的振 动特性，为后续的减振设计提供依据。
03
模态分析通常采用有限元方法进行计算，需要建立 航空器的有限元模型。
制造业
用于检测生产线上各种机械设备的运行状态 ，提高生产效率。
交通运输
用于监测铁路、地铁、高速公路等基础设施 的振动情况，保障交通安全。
02
振动分析基础知识
振动的基本概念
振动
物体在平衡位置附近做周期性往复运动的过程。
振动频率
单位时间内振动循环的次数，表示振动物体往复 运动的快慢程度。
振动幅度
振动物体偏离平衡位置的最大距离，表示振动的 强弱程度。
采用有限元法对建筑结构进行模态分 析，得到了结构的固有频率和模态振 型。
模态分析结果
通过模态分析，发现该高层建筑的低 阶模态频率较低，容易受到外部激励 的影响。
建筑结构的振动响应分析
振动响应分析方法
采用时域法和频域法对建筑结构进行振动响应分析，得到了结构的位移、速度 和加速度响应。
振动响应分析结果
航空器的减振设计
01
根据模态分析的结果，可以针对性地进行航空器的减振设计。
02
常见的减振措施包括改变结构布局、增加阻尼材料、优化连接
方式等。
减振设计需要综合考虑性能、重量、成本等多方面因素，以达
03
到最优的设计效果。
THANKS。
具体控制策略
根据车辆模态分析结果，选择合适的控制方法，设计合理的控制装置和算法，实现对车辆振动的有效控制。例如 ，在悬挂系统、座椅等关键部位安装减震器、阻尼器等装置，优化车辆的动力学特性，提高乘坐舒适性和安全性 。
因此，对航空器的振动进行分析和减振设计至关重要。
航空器的模态分析
01
模态分析用于确定航空器结构的固有频率和振型。
02
通过模态分析，可以了解航空器在不同频率下的振 动特性，为后续的减振设计提供依据。
03
模态分析通常采用有限元方法进行计算，需要建立 航空器的有限元模型。
制造业
用于检测生产线上各种机械设备的运行状态 ，提高生产效率。
交通运输
用于监测铁路、地铁、高速公路等基础设施 的振动情况，保障交通安全。
02
振动分析基础知识
振动的基本概念
振动
物体在平衡位置附近做周期性往复运动的过程。
振动频率
单位时间内振动循环的次数，表示振动物体往复 运动的快慢程度。
振动幅度
振动物体偏离平衡位置的最大距离，表示振动的 强弱程度。
采用有限元法对建筑结构进行模态分 析，得到了结构的固有频率和模态振 型。
模态分析结果
通过模态分析，发现该高层建筑的低 阶模态频率较低，容易受到外部激励 的影响。
建筑结构的振动响应分析
振动响应分析方法
采用时域法和频域法对建筑结构进行振动响应分析，得到了结构的位移、速度 和加速度响应。
振动响应分析结果
航空器的减振设计
01
根据模态分析的结果，可以针对性地进行航空器的减振设计。
02
常见的减振措施包括改变结构布局、增加阻尼材料、优化连接
方式等。
减振设计需要综合考虑性能、重量、成本等多方面因素，以达
03
到最优的设计效果。
THANKS。
具体控制策略
根据车辆模态分析结果，选择合适的控制方法，设计合理的控制装置和算法，实现对车辆振动的有效控制。例如 ，在悬挂系统、座椅等关键部位安装减震器、阻尼器等装置，优化车辆的动力学特性，提高乘坐舒适性和安全性 。
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提高机组稳定性的措施。
21
200MW汽轮发电机组 示意图
发电机 低压缸转子
中压缸转子 高压缸转子
22
200MW机组轴系的计算模型
全长约30米 7个轴承支承
椭圆轴瓦
三油楔轴瓦
23
轴系的前 6阶计算模态
模态 模态 模态频率Ω 对数衰减率 失稳阈速 nt
序号 型式 / c·min-1
δ
/ r·min-1
11 19
? 中导叶数 z2 =19, ? 机器转速为
n= 10Hz。
? 扰动频率为nz1和 nz2。
0 50 100 150 200 250 300 Hz
? 扰动频率带为绿色区，不会激起叶片 共振。
? 改进工艺，减小叶片制造质量和频率 分散度。
10
风机的减震和隔震 （1996年）
? 北京燕山石化一厂聚苯一烯车间，屋顶 上装有三台通风机 F-730、731、732。
12
改造前风机的模型和特性
13
改造后风机的安装布置
改造措施
? 制一公共机架，增加机架质量。
? 改善电机和风机的对中，对风机作动平衡。
? 用减振器支承机架，隔离机架与屋顶钢架。
14
改造后风机的模型和特性
15
风机的改造效果
? 振动减为原来的1/2至1/3。 ? 环境大大改善。 ? 零部件不再意外损坏。 ? 耗电为原来的70%。
加速 度计
电荷放大器
力锤
叶片
电荷放大器
动态信号 分析仪
绘图仪 打印机 存储器
7
叶片的前四阶模态参数
模态 No.1:弯曲型 模态 No.2:扭转型 模态 No.3:壳体型 模态 No.4:壳体型
频率：79.69Hz 频率：146.87Hz 频率：232.81Hz 频率：265.63Hz
阻尼：0.10%
? 平台高度为 20多米，面 积有如半个足球场。
18
海洋平台的减震分析
?初步观察：
走廊作水平转动，平台四角作 切向运动，故平台作扭转振动。?有限元计算：ຫໍສະໝຸດ 第一阶扭振固有频率1.12Hz
?实测：
固有频率1.1Hz。 ?扭转扰动频率：1.5Hz
?结论： 平台为处于扭转共振中。
19
海洋平台的减震措施
?措施： 钻机改用第二档。
1 G1
2
IP
3 HP
4 LP
5 CP
6 G2
1188 1572 1881 1919 3218 3285
0.0106 0.123 0.259 0.407 2.100 1.402
3062 3709 >4000 >4000 >4000 >4000
? 第1阶模态(G1型)的阻尼太小，易引起失稳。
? 第2阶模态(IP型)次之。 24
? 振动强烈，电机多次烧毁、零部件损坏、 厂房开裂、恶化环境。
? 要求分析原因，采取有效的减震和隔震 措施。
2
11
改造前风机的安装布置
风机参数
? F-730：25.0HP 2940r/min ， 铝质叶轮
? F-731：18.5kW 2970r/min ， 钢质叶轮
? F-732：18.5kW 2993r/min ， 钢质叶轮
机组的前 6 阶模态
IP型模态 G1型模态
25
轴承油膜的刚度系数和阻尼系数
椭圆轴瓦
三油楔轴瓦
? 轴承油膜的特性可用4个刚度系数和4个阻尼系数来代表。
? 轴承油膜对转子的动特性有重要影响。
26
各个更换轴瓦方案的比较
更换几个轴瓦？更换哪几个轴瓦？
原有轴系 更换 6、7 瓦 更换 3、6、7 瓦 更换 3 至 7 瓦
3
矿山通风机叶片开裂的治理 （1990年）
? 平顶山矿 2K58-30通风机。 ? 沈阳风机厂生产。 ? 1988年11月至1989年10月，14支叶片开裂，
故被煤炭部冻结销售。 ? 要求分析开裂原因，提出根治的措施。
4
2K58-30通风机的结构示意
? 转速 600r/min。 ? 动叶片两级，各12
? 扰动频率为nz1和 ? 扰动频率带为红色区，能激起叶片第二
nz2。
阶频率（扭转）共振。
? 再要考虑?15%的 ? 叶片开裂的形态和扭转疲劳破坏相吻合。
安全裕度。
9
叶片开裂的根治
改造后
No.1
? 更改导叶的数目 No.2
No.3
? 前导叶数 z1 =11， No.4 ? 后导叶数 z1 =11， No.5
片。 ? 前、后导叶 13片。 ? 中导叶 17片。
5
通风机叶片的结构示意
? 叶片中空，用钢 板卷成，然后铆 上支杆。
? 开裂部位在叶片 下边(轴向)，铆 钉孔处(45度向)。
? 裂纹长度 30~90mm，最长 达190mm。
6
叶片模态分析的实验框图
用实验方法得到叶片的各阶固有频率、振型和阻尼
固定 力传 支座 感器
工程中的 振动问题
1
工程中的振动问题
介绍目的
? 通过实例显示工程中振动问题的重要性 ? 通过实例显示工程中振动问题的多样性 ? 解决振动问题的思路
1
2
振动问题的几个实例
? 矿山通风机叶片开裂的治理 ? 风机的减震和隔震 ? 海洋平台的减震 ? 200MW汽轮发电机油膜振荡的根治 ? 大型球磨机端盖开裂原因分析和治理措施
16
海洋平台的减震 （1983年）
? 渤海公司埕北油田 A平台。 ? 钻机开动时，平台振动强烈，生活区工人
很难入睡。 ? 强烈振动有可能影响平台的寿命。 ? 要求分析原因，采取有效的减震措施。
17
海洋平台的结构示意
? 钻机转速有三档，现用 一档。
? 三档转速为： n=90，120，150r/min
阻尼：0.46%
阻尼：0.76%
阻尼：0.99%
8
叶片开裂原因分析
改造前 ：
No.1
?
前导叶数 z1 =13，
No.2 No.3
? 后导叶数 z1 =13， No.4
? 中导叶数 z2 =17, No.5
13 17
? 机器转速为 n= 10Hz。
0 50 100 150 200 250 300 Hz
G1 型模态 对数衰 阈速 nt
减率δ /r·min-1
0.0106 3 062 0.233 >4000 0.233 >4000 0.236 >4000
IP 型模态 对数衰 阈速 nt
?后果： 振动大大减小。 生产效率提高近50%。
20
200MW汽轮发电机组 油膜振荡的根治 （1992年）
? 200MW机组全国有 100多台在运行。 ? 由于历史原因，该机设计工作做得不充分。 ? 新乡电厂、秦岭电厂曾先后发生毁机事故。 ? 运行中表现出稳定性较差。西安熱工所普
查发现，三分之一机组有低频振动成分。 ? 要求对该机组作稳定性校核分析，并提出
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200MW汽轮发电机组 示意图
发电机 低压缸转子
中压缸转子 高压缸转子
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200MW机组轴系的计算模型
全长约30米 7个轴承支承
椭圆轴瓦
三油楔轴瓦
23
轴系的前 6阶计算模态
模态 模态 模态频率Ω 对数衰减率 失稳阈速 nt
序号 型式 / c·min-1
δ
/ r·min-1
11 19
? 中导叶数 z2 =19, ? 机器转速为
n= 10Hz。
? 扰动频率为nz1和 nz2。
0 50 100 150 200 250 300 Hz
? 扰动频率带为绿色区，不会激起叶片 共振。
? 改进工艺，减小叶片制造质量和频率 分散度。
10
风机的减震和隔震 （1996年）
? 北京燕山石化一厂聚苯一烯车间，屋顶 上装有三台通风机 F-730、731、732。
12
改造前风机的模型和特性
13
改造后风机的安装布置
改造措施
? 制一公共机架，增加机架质量。
? 改善电机和风机的对中，对风机作动平衡。
? 用减振器支承机架，隔离机架与屋顶钢架。
14
改造后风机的模型和特性
15
风机的改造效果
? 振动减为原来的1/2至1/3。 ? 环境大大改善。 ? 零部件不再意外损坏。 ? 耗电为原来的70%。
加速 度计
电荷放大器
力锤
叶片
电荷放大器
动态信号 分析仪
绘图仪 打印机 存储器
7
叶片的前四阶模态参数
模态 No.1:弯曲型 模态 No.2:扭转型 模态 No.3:壳体型 模态 No.4:壳体型
频率：79.69Hz 频率：146.87Hz 频率：232.81Hz 频率：265.63Hz
阻尼：0.10%
? 平台高度为 20多米，面 积有如半个足球场。
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海洋平台的减震分析
?初步观察：
走廊作水平转动，平台四角作 切向运动，故平台作扭转振动。?有限元计算：ຫໍສະໝຸດ 第一阶扭振固有频率1.12Hz
?实测：
固有频率1.1Hz。 ?扭转扰动频率：1.5Hz
?结论： 平台为处于扭转共振中。
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海洋平台的减震措施
?措施： 钻机改用第二档。
1 G1
2
IP
3 HP
4 LP
5 CP
6 G2
1188 1572 1881 1919 3218 3285
0.0106 0.123 0.259 0.407 2.100 1.402
3062 3709 >4000 >4000 >4000 >4000
? 第1阶模态(G1型)的阻尼太小，易引起失稳。
? 第2阶模态(IP型)次之。 24
? 振动强烈，电机多次烧毁、零部件损坏、 厂房开裂、恶化环境。
? 要求分析原因，采取有效的减震和隔震 措施。
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改造前风机的安装布置
风机参数
? F-730：25.0HP 2940r/min ， 铝质叶轮
? F-731：18.5kW 2970r/min ， 钢质叶轮
? F-732：18.5kW 2993r/min ， 钢质叶轮
机组的前 6 阶模态
IP型模态 G1型模态
25
轴承油膜的刚度系数和阻尼系数
椭圆轴瓦
三油楔轴瓦
? 轴承油膜的特性可用4个刚度系数和4个阻尼系数来代表。
? 轴承油膜对转子的动特性有重要影响。
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各个更换轴瓦方案的比较
更换几个轴瓦？更换哪几个轴瓦？
原有轴系 更换 6、7 瓦 更换 3、6、7 瓦 更换 3 至 7 瓦
3
矿山通风机叶片开裂的治理 （1990年）
? 平顶山矿 2K58-30通风机。 ? 沈阳风机厂生产。 ? 1988年11月至1989年10月，14支叶片开裂，
故被煤炭部冻结销售。 ? 要求分析开裂原因，提出根治的措施。
4
2K58-30通风机的结构示意
? 转速 600r/min。 ? 动叶片两级，各12
? 扰动频率为nz1和 ? 扰动频率带为红色区，能激起叶片第二
nz2。
阶频率（扭转）共振。
? 再要考虑?15%的 ? 叶片开裂的形态和扭转疲劳破坏相吻合。
安全裕度。
9
叶片开裂的根治
改造后
No.1
? 更改导叶的数目 No.2
No.3
? 前导叶数 z1 =11， No.4 ? 后导叶数 z1 =11， No.5
片。 ? 前、后导叶 13片。 ? 中导叶 17片。
5
通风机叶片的结构示意
? 叶片中空，用钢 板卷成，然后铆 上支杆。
? 开裂部位在叶片 下边(轴向)，铆 钉孔处(45度向)。
? 裂纹长度 30~90mm，最长 达190mm。
6
叶片模态分析的实验框图
用实验方法得到叶片的各阶固有频率、振型和阻尼
固定 力传 支座 感器
工程中的 振动问题
1
工程中的振动问题
介绍目的
? 通过实例显示工程中振动问题的重要性 ? 通过实例显示工程中振动问题的多样性 ? 解决振动问题的思路
1
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振动问题的几个实例
? 矿山通风机叶片开裂的治理 ? 风机的减震和隔震 ? 海洋平台的减震 ? 200MW汽轮发电机油膜振荡的根治 ? 大型球磨机端盖开裂原因分析和治理措施
16
海洋平台的减震 （1983年）
? 渤海公司埕北油田 A平台。 ? 钻机开动时，平台振动强烈，生活区工人
很难入睡。 ? 强烈振动有可能影响平台的寿命。 ? 要求分析原因，采取有效的减震措施。
17
海洋平台的结构示意
? 钻机转速有三档，现用 一档。
? 三档转速为： n=90，120，150r/min
阻尼：0.46%
阻尼：0.76%
阻尼：0.99%
8
叶片开裂原因分析
改造前 ：
No.1
?
前导叶数 z1 =13，
No.2 No.3
? 后导叶数 z1 =13， No.4
? 中导叶数 z2 =17, No.5
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? 机器转速为 n= 10Hz。
0 50 100 150 200 250 300 Hz
G1 型模态 对数衰 阈速 nt
减率δ /r·min-1
0.0106 3 062 0.233 >4000 0.233 >4000 0.236 >4000
IP 型模态 对数衰 阈速 nt
?后果： 振动大大减小。 生产效率提高近50%。
20
200MW汽轮发电机组 油膜振荡的根治 （1992年）
? 200MW机组全国有 100多台在运行。 ? 由于历史原因，该机设计工作做得不充分。 ? 新乡电厂、秦岭电厂曾先后发生毁机事故。 ? 运行中表现出稳定性较差。西安熱工所普
查发现，三分之一机组有低频振动成分。 ? 要求对该机组作稳定性校核分析，并提出