振动污染与控制课件

1、振动污染与控制第 三 章 1第1页，共60页。3.1.1 振动与振动污染3.1.2 振动污染源3.1.3 振动的影响3.1概述2第2页，共60页。第一节 概述一、振动与振动污染物体在某一位置附近来回往复地运动，称为“机械振动”。例如，弹簧振子、音叉、琴以及蒸汽机活塞的往复运动等等。凡有摇摆、晃动、打击、发声的地方都存在机械振动。波动是振动的传播过程 ; 振动是激发波动的波源.3第3页，共60页。振动和波从平衡位置发生的振动，在介质中传播的过程叫做“波”或“波动”。波动是能量传递的一种形式。机械波以实物（固体、液体或气体等）为传播媒质。因此波是一种机械运动的形式。形成波必须有两个条件：振源及弹性

2、媒质。只有在弹性媒质中，某个质点的振动才能带动与其相邻的质点运动。4第4页，共60页。（二）振动污染振动超过一定的界限，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、设备不能正常工作。5第5页，共60页。特点：振动主观性和局部性振动的作用不仅可以引起机械效应，更重要的是可以引起生理和心理的效应。振动传递时，随距离衰减大，仅涉及振动源临近的地区。6第6页，共60页。二、振动污染源自然振动源：人为振动源：工厂、工程、道路、低频空气污染源（按形式分）：固定式单个振动源；集合振动源按振动源的动态特征分：稳态振动，冲击振动，无规则振动，铁路振动7第7页，共60页。三、振动的影响（一

3、）振动对生理的影响（二）对心理产生影响（三）对工作效率产生影响（四）破坏构筑物8第8页，共60页。全身振动和局部振动人体是一个弹性体，各器官都有它的固有频率，当外来振动的频率与人体某器官的固有频率一致时，会引起共振，因而对那个器官的影响也最大。全身受振的共振频率为 314Hz;局部振动作用的频率范围在 201000Hz。9第9页，共60页。全身振动全身振动是由振动源（振动机械、车辆、活动的工作平台）通过身体的支持部份（足部和臀部），将振动沿下肢或躯干传布全身。10第10页，共60页。接触强烈的全身振动可能导致内脏器官的损伤或位移，周围神经和血管功能的改变，可造成各种类型的、组织的、生物化学的改

4、变，导致组织营养不良，如足部疼痛、下肢疲劳、足背脉搏动减弱、皮肤温度降低；一般人可发生性机能下降、气体代谢增加。振动加速度还可使人出现前庭功能障碍，导致内耳调节平衡功能失调，出现脸色苍白、恶心、呕吐、出冷汗、头疼头晕、呼吸浅表、心率和血压降低等症状。晕车、晕船即属全身振动性疾病。全身振动还可造成腰椎损伤等运动系统影响。 11第11页，共60页。局部振动/手传振动 局部接触强烈振动主要是以手接触振动工具的方式为主的，由于工作状态的不同，振动可传给一侧或双侧手臂，有时可传到肩部。长期持续使用振动工具能引起末梢循环、末神经和骨关节肌肉运动系统的障碍，严重时可患局部振动病。 12第12页，共60页。局

5、部振动病局部振动病是以末梢循环障碍为主的疾病，亦可累及肢体神经及运动功能。发病部位一般多在上肢末端，典型表现为发作性手指变白（简称白指）。我国1957年就将局部振动病定为职业病。13第13页，共60页。设备和房屋的振动当建筑物外有车辆驶过时，地面振动可以通过土壤和基础传给房屋结构而产生振动。在适当的频率和振幅下还会以噪声形式出现。振动使机械设备本身疲劳和磨损，缩短使用寿命；对于机械加工机床，振动使加工精度降低。14第14页，共60页。第二节 振动基础一、振动的物理量简谐振动：某个物理量（位移、速度或加速度）按时间的正弦或余弦变化的振动。对于弹簧振子来说，小球在平衡位置作左右往返的周期性运动，其

6、空间位置y随时间t的变化规律符合：15第15页，共60页。二、振动的性质同方向，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。同方向，不同频率正弦波合成后不再是谐振动。当频率稍有不同时，就会出现拍现象。我们把合振动所引起的时而加强、时而减弱的周期性现象称为拍。若两个分振动振幅相同，拍频=f1-f2基波与谐波的复合波仍是周期波形。16第16页，共60页。三、简谐振动系统（一）自由振动（二）受迫振动（三）振动体与共振17第17页，共60页。1、无阻尼自由振动-无外力作用的振动由牛顿定律固有频率： 18第18页，共60页。2、实际的振动系统有阻尼自由振动实际的振动系统不可避免地要受到摩擦和

7、其他阻力，即受到阻尼的作用。系统克服阻尼的作用做功，系统的机械能随着时间逐渐减少，振动的振幅也逐渐减小。这种振幅逐渐减小的振动，叫做阻尼振动 19第19页，共60页。在实际振动过程中存在着各种各样的阻尼，这些阻尼可能是振动系统在运动中遇到的介质（如：空气、水或油）的阻力,或是接触物之间的摩擦力,等等.这些与运动有关的阻力,统称为阻尼力.20第20页，共60页。固体摩擦：当摩擦力与振动速度的大小无关时（3-11）粘性摩擦：阻尼力是与速度一次方成正比（3-12）0 1,过阻尼态，已不是振动状态，而是逐渐衰减的非周期运动21第21页，共60页。（二）受迫振动系统在外部策动力反复作用下发生的振动。例如

8、，扬声器中纸盒的振动、蒸汽机活塞的振动以及缝纫机上缝针的振动，都是受迫振动的例子。22第22页，共60页。受迫振动的机制在受迫振动中，一方面系统因策动力做功而获得能量，另一方面又因有阻尼而使机械能损耗。开始时，策动力对系统作的功往往大于系统克服阻尼损耗的能量，总的趋势是振幅逐渐增大。由于阻力一般是随速度而增加的，所以当振动加强时，因阻力而损耗的能量也要增多。当策动力对系统作功而传递给系统的能量，恰好补偿系统因阻力而损耗的能量时，系统的机械能保持不变，振幅保持稳定，进入稳态。23第23页，共60页。（三）震动体与共振共振：激振力的频率与固有频率一致时，就会发生共振。因此，固有频率也称共振频率。公

9、害频率：1-100Hz，长度垮桥、天线、建筑物的固有频率在此范围。无阻尼时，共振时，理论上振幅无穷大有阻尼时，随着阻尼比的增大，最大位移振幅逐渐减小。最大振幅频率为共振烈度：振动产生最大位移振幅24第24页，共60页。四、波动的产生和传播从平衡位置发生的任何扰动，在介质中传播的过程叫做“波”或“波动”。波动是能量传递的一种形式。机械波以实物（固体、液体或气体等）为传播媒质。因此波是一种机械运动的形式。形成波必须有两个条件：振源及弹性媒质。只有在弹性媒质中，某个质点的振动才能带动与其相邻的质点运动。25第25页，共60页。（二）共振引起的扩大激振力有时以原有的形式传递，但多数场合存在若干种形式的

10、共振现象，激振力受到过滤乃至变形，某些成分被突出、扩大后传递的现象。26第26页，共60页。（三）振动波的种类和形态在各向同性无限大的固体中，可以有两种类型的弹性波。一种是纵波（一次波，P波），另一种是横波（二次波，S波）。 在性质不同的固体界面，所产生的波为表面波（瑞利波，R波；乐甫波）27第27页，共60页。纵波：质点振动方向与波的传播方向互相平行的波.（可在固体、液体和气体中传播） 特征：具有交替出现的密部和疏部（压缩波或疏密波）.第二节 波动学基础28第28页，共60页。 特征：具有交替出现的波峰和波谷（不发生体积变化）.第二节 波动学基础横波：质点振动方向与波的传播方向相垂直的波.2

11、9第29页，共60页。瑞利波传播滞后于P波与S波。运动由垂直分量和水平分量组成。在公害振动中有着重要贡献。30第30页，共60页。波动随距离的衰减P波S波R波31第31页，共60页。3.3 振动的评价和标准3.3.1 振动的评价3.3.2 环境振动标准3.2.3 城市区域环境振动标准32第32页，共60页。一、 振动的评价（一）振动的评价指标1、位移、速度、加速度振动量：被测系统在选定点上选定方向的运动量。基本参数：位移、速度、加速度。33第33页，共60页。2、振动级和振动的加速度级振动加速度级：34第34页，共60页。振动级-修正的加速度级35第35页，共60页。振动级与感觉的关系振动级/

12、dB 振动感觉100 墙壁裂缝90 暖瓶倒地80 电灯摇摆，门窗发出声音70 门窗振动60 人能感觉到振动36第36页，共60页。（二）振动的评价标准振动给予人的影响，按受到振动的强度和暴露时间大致有四种情况：“感觉阈”，人体刚能感受到振动的信息；“不舒适阈”,人体产生不舒适反应;“疲劳阈”，人体产生生理性反应；“极限阈”（或“危险阈”），超过它人体会产生病理性损伤 。在生理学中，振动强度习惯以g来表示加速度。37第37页，共60页。（二）振动的评价标准振动的劳动保护标准：感觉阈(0.003g)、不舒服阈(0.05g)、疲劳(0.5g)阈、危险阈。（g=9.80665m/m2)国际化标准推荐使

13、用ISO02631/I-1985作为人体在振动环境中疲劳界限标准。GB/T13442-92人体全身振动暴露的舒适性降低界限和评价标准。38第38页，共60页。二、振动的环境标准环境振动标准ISO/DIS2631建筑物内振动标准城市区域环境振动标准GB10070-88城市各类区域铅垂方向振级标准值39第39页，共60页。任务：通过一定的手段使受控对象的水平满足预定要求。确定振源特性与振动特征确定振动水平确定振动控制方法分析设计振动控制3.4 振动控制技术40第40页，共60页。一、振动控制方法概述振动源控制（振源消振）冲击振动-远离振动源、采用大型基础不平衡力引起的振动-提高制造质量、安装精度隔

14、振使振动传输不出去振源与受控对象之间串加一个子系统：大型基础、隔振元件（隔振弹簧、橡胶垫）防振沟里面填松软物质41第41页，共60页。吸振在受控对象上附加一个子系统使得某一频率的振动得以控制。利用吸振器产生吸振力以减少受控对象的振源激励的响应。阻尼减振在受控对象上附加阻尼器或阻尼元件，通过消耗能量使响应最小。修改结构修改受控对象的动力学特性参数，不需要附加子系统。防护措施：全身振动防振鞋局部振动防振手套42第42页，共60页。二、机械振动控制机械振动：稳态振动；冲击振动降低机械的振动加速度-减少自由振幅倍率43第43页，共60页。2.利用支承台架质量的减振措施振动传递系数：通过隔振元件传递的力

15、与激振力的比值。在忽视阻尼时，44第44页，共60页。3、利用动力吸振的减振措施当机械安装不良而形成共振状态，在受控对象上附加一个子系统使得这一频率的振动得以控制45第45页，共60页。三、弹性减振（一）弹性减震原理振动传递系数通过隔振元件传递的力与激振力的比值P127 例3-446第46页，共60页。弹性减振方法积极隔振：减少机器振动激振力向基础的传递量 降低设备的扰动对周围环境的影响消极隔振：减少基础的振动对仪器设备的影响-达到保护仪器的目的47第47页，共60页。四、阻尼减振对于薄板类结构振动及其辐射噪声，在其结构或部件表面涂贴阻尼材料也能达到减振降噪的效果。自由阻尼层-振动能转化为热能

16、约束阻尼层-阻尼层振动能转化为热能，约束层结构可以提高机械振动的能量消耗。48第48页，共60页。五、冲击减振积极冲击隔离：隔离具有脉冲冲击力的机械，减少其对环境的影响消极冲击隔离：隔离基础的脉冲冲击，保护仪器的工作缓冲：缓冲材料介于互相碰撞的物体之间，使碰撞的冲击力比直接碰撞低。隔离：通过隔振元件，使激振力减弱。49第49页，共60页。六、传播途径的减振对策振动随距离的衰减是振动传播阻断措施之一，还可以采用防振沟和隔墙。瑞利波常见的界面弹性波，是沿半无限弹性介质自由表面传播的偏振波 。由 L.瑞利于 1887 年首先指出其存在而得名。地震学中称其为R波或L波。在表层附近，质点的运动轨迹为椭圆

17、；在离表面为 0.2 个波长的深度以下，其运动轨迹仍为椭圆，但运动方向与表层相反。在自由表面上，质点沿表面法向的位移约为切向的 1.5 倍。瑞利波的波速与频率无关 ，只与介质的弹性常数有关，为同介质中横波波速的 0.8620.955 倍。波速随频率或波长而变化，这种现象叫做频散 50第50页，共60页。乐甫波（Love wave），一种常见的界面弹性波。在弹性介质界面上存在一层低波速弹性覆盖层时，在该覆盖层内部和界面上可能出现的介质所有质点沿水平方向振动的横波。因A.E.H.乐甫建立这种波的数学模型而得名。其波速不仅与材料性质有关，而且与频率有关，这种现象叫做频散。波长很长的乐甫波的波速接近于

18、下层介质中横波的波速；波长很短的乐甫波的波速接近于上面低波速覆盖层中横波的波速。重视：地基经常性微动 51第51页，共60页。七、振动衰减：振源传播经过地面随距离而衰减，受土质、地层、频率等影响设地面为半无限匀质弹性体，则两地间的振动衰减为：实际上振动距离衰减由于不同的波而不同，且地基引起的内部扩散作用更大。52第52页，共60页。3.5 减振材料与装置及其应用 一、减震材料（一）隔振材料橡胶软木玻璃纤维、毛毡53第53页，共60页。（二）阻尼材料黏弹性阻尼材料-兼有黏性液体可以损耗能量和弹性固体的良好减振性能（橡胶、塑料），用损耗因子来衡量，受温度限制复合材料：用薄黏弹性材料将几层金属板黏粘在一起，工艺简单，同样的阻尼层与金属的结合有自由阻尼层和约束阻尼层。阻尼合金：导热快、耐高