振动噪声控制与排放.pptx

H ( )
1
(1 r2 )2 (2r)2
相频特性
tg 1
2r
1 r2
讨论：
（1）激励频率很低时，即 r 0时, H ( ) 1;
（2）激励频率很高时，即r 1时, H () 1,且当r 时, H () 0;
（3）在与n在接近的范围内时，即r 1时, H ( )曲线出现峰值，
且 0时, H ( ) ;
图1.1-2所示，其振幅按
指数规律衰减，阻尼率
ξ值越大，振幅衰减越
快。
2. 当ξ> 1 时（过阻尼情况）得两个实数特征根
则有
s1,2 2 1 n
x(t) X1es1t X 2es2t
这时系统不产生振动，很快就趋近于平衡位置如图 1.1-3所示。从物理意义上看，表明阻尼较大时，由初始 激励输入系统的能量很快就被消耗掉了，而系统来不及产 生振动。
四、有阻尼一般强迫振动
F (t )
1 2
a0
n
(ap
p1
cos
2p
T
t
bp
sin
2p
T
t)
可以看作是由一系列简谐激励组成的，其响应也是一 系列谐波响应的叠加。
课后作业： 1．想一想日常生活中遇到的共振的实例？
第二章 船舶振声激励源
• 波浪冲击、爆炸冲击波、火炮发射后座力、抛锚等引起的非周 期性激励；
mx cx kx F cost kAcost
AF K
x(t) xh (t) xp (t)
x(t) X 'cos(t )
X
A
A H ( )
1 ( n )2 2 (2 n )2
H ( )
1
1 ( n )2 2 (2 n )2
设 r / r 为频率比，则有：
幅频特性
2
24
246
略去频率为4ω以上的高阶项，得
x(t) R(1 cost) R (1 cos 2t)
4
x(t) Rw2(cost cos 2t)
则： Q m1R 2(cost cos 2t)
2. 单缸离心惯性力
Qr m2R 2
是一阶激励力
3. 多缸机惯性力
以三缸二冲程
柴油机为例，发火顺序为1—3—2，发火间隔角1200。
( c )2 1] 2 mk
k m
式中设
n
k m
,
2
c mk
ωn称为无阻尼自由振动频率（固有振动频率），ξ称为
粘滞阻尼因子或阻尼率。
特征根为
x(t) 2n x(t) n2x(t) 0
s1,2 ( 2 1)n
讨论：
1. 当 0<ξ<1 时（小阻尼情况）,得一对共轭复特征根
s1,2 ( i 1 2 )n
柴油机振动、噪声 控制与废气排放
胡以怀
本学期教学内容
第一章．振动及控制理论 第二章．船舶振声激励源 第三章．船舶机械振动及控制 第五章．噪声及控制理论 第六章．船舶噪声控制 第七章．柴油机排放及控制
1807年第一艘蒸汽机动力船“克莱蒙特”建成； 1904年柴油机用于 船舶推进。20世纪50年代后，船舶功率和航速迅速增大，高强度钢使用。
• 汽轮机、电动机等回转机械激励力易满足静、动平衡条件； • 发电机、空压机、泵浦的激励力引起局部结构的振动； • 柴油机、螺旋桨的周期性激励力—船舶振动主要激励源。
ξ2.1柴油机激励力
一、往复惯性力
1.
单缸往复惯性力
Q m1
x(t
)
x(t) R(1 cost) L(1 cos )
cos 1 1 2 sin2 1 4 sin4 13 6 sin6
世界各港口国对船舶防污染管理与设施的检查日趋严 格，这些都使得船舶防污染受到前所未有的重视。
第一章 振动及控制理论
一、无阻尼自由振动系统 运动微分方程为：
kx mx
x A cos(wnt )
其中自由振动频率：
初相位：
wn
k m
二、有阻尼自由振动系统 运动微分方程为：
mx(t) cx(t) kx(t) 0
过大的船舶振动称为有害振动，它会： • 引起船体结构和机械部件的疲劳破坏； • 造成船舶仪表、机械设备的失效和失灵； • 影响船员和旅客的正常工作和生活。 船舶噪声还会使: • 船员感到疲劳； • 降低船员的听力和工作效率； • 危及船员的身心健康和船舶的航行安全； • 影响客轮的居住舒适性； • 影响舰艇的作战隐蔽性。
3. 当ξ＝1 时（临界阻尼情况），得两个重根
则有
s1 s2 n n
x(t) ( A1 A2t)ent
这种情况下的运动也是非周期性的。
4. 当ξ< 0 时,
x(t)则表现为一种增幅振动。
三、有阻尼系统的简谐强迫振动
单自由度有阻尼强迫振动的微分方程为：
cx kx KAcos(t) mx
在船舶使用阶段发现振动、噪声问题时则通过增加阻 尼和吸声材料以吸收振声能量和装设减振、防噪装置以减 小振声的危害等措施来实现。
一般来说“防胜于治”，在船舶设计阶段通过对力矩 的振动预报和噪声预报来控制振动、噪声通常是最有效、 最经济的措施。
船舶柴油机在运行时会排放出大量的氧化硫（SOx）、 氧化氮（NOx）、碳烟微粒（PM）和一氧化碳（CO）等， 对大气环境造成严重污染。
s1,2 n id
x(t)
X e(n id )t 1
X e(n id )t 2
式中 wd 1 2 wn称为有阻尼自由振动频率。有
x(t) ent[( X1 X 2 ) cosdt i( X1 X 2 ) sindt]
Xent cos(dt )
有阻尼系统的自由
振动是一种减幅振动如
设其通解为
x(t) Xest
式中X、s为待定常数，X为实数，s为复数。
将其代入（1.1-4）式，得
mXs2est x(t) cXsest x(t) kXest x(t) 0
得特征方程为
ms2 cs k 0
则特征根
ห้องสมุดไป่ตู้
s1,2
c
c2 4mk 2m
c 2m
(
c 2m
)2
(
k m
)
[ c 2 mk
一阶往复惯性力合力：
3 Q1i Q1 cos cos( 2400 ) cos( 1200 ) 0 二阶往复惯性力i1 合力：
船体振动、噪声的激励源主要有： • 柴油主机和螺旋桨产生的周期性激励力； • 辅机的不均衡力、轴系安装不良、周期性波浪载荷； • 船舶附属体（舵、水翼、潜艇升降噪声等）所产生的
流体动载荷。
船舶机械振动、噪声的控制措施：
（1）设计控制 在船舶设计阶段通过减小激励力和力矩，减弱噪声源
及其传递和改变振动的固有频率或激励频率防止工作范围 内强共振等。 （2）使用控制