物理性污染控制 第三章 振动污染及其控制课件

第三章

振动污染及其控制1a第三章

振动污染及其控制1a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

2a第三章振动污染及其控制第一节概述

第二节振动基础二、振动污染源

三、振动的影响●●一、振动与振动污染●第一节概述3a二、振动污染源三、振动的影响●●一、振动与振动污染●第一一、振动与振动污染●（一）振动

（二）振动污染

4a一、振动与振动污染●（一）振动（二）振动污染定义：（1）当一个物体处于周期性往复运动的状态，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。（一）振动

5a定义：（一）振动5a

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，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。6a振动现象物理现象：声、光、热等物理现象都包含振动；桥梁和建振动污染：

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作。（二）振动污染

7a振动污染：（二）振动污染7a振动污染的特点

1.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。

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。3.2.8a振动污染的特点1.主观性：是一种危害人体健康的感觉公害。振动污染源

（一）工厂振动源（二）工程振动源

（三）道路交通振动源

（四）低频空气振动源

自然振源

人为振源

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。

二、振动污染源

●9a振动（一）工厂振动源自然振源人为振源自然振动察隅地震，整个村庄被抛起火山爆发10a自然振动察隅地震，整个村庄被抛起火山爆发10a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。（一）工厂振动源11a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。（二）工程振动源12a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

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85～100dB，振动级范围75～90dB内。（三）道路交通振动源

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。13a铁路振源：（三）道路交通振动源公路振源：13a

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。（四）低频空气振动源14a低频空气振动是指人耳可听见的100Hz左右的低频（四）低频固定式单个振动源如，一台冲床或一台水泵等

振动污染源

按形式分为

集合振动源如，厂界环境振动，建筑施工场界环境振动

15a固定式单个振动源振动污染源集合振动源15aNo动态特征定义示例1稳态振动观测时间内振级变化不大的环境振动往复运动机械，如空压机、柴油机等；旋转机械类，如发电机、发动机通风机等2冲击振动具有突发性振级变化的环境振动建筑施工机械，如打桩机等；锻压机械，如冲床，纺锤等3无规则振动未来任何时刻不能预先确定振级的环境振动道路交通振动、居民生活振动。如房屋施工，室内运动等4铁路振动列车行驶带来的轨道两侧30m外的环境振动铁路机车的运行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

16aNo动态特征定义示例观测时间内振级变化不大的环境振三、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

17a三、振动的影响●（一）振动对生理的影响（二）振动对心理的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，损伤脑、肺、心、消化器官、肝、肾、脊髓、关节等（一）振动对生理的影响

18a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。19a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。

（二）振动对心理的影响

20a人们在感受到振动时，心理上会产生不愉快、烦躁、不可忍受等各种振动引起人体的生理和心理变化，导致工作效率降低。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。（三）振动对工作效率的影响

21a振动引起人体的生理和心理变化，导致工作效率降低。（三）振动对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。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。（四）振动对构筑物的影响

22a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●●●第二节振动基础23a一、振动的基本物理量●二、振动的性质三、简谐振动系统四位移频率周期加速度速度基本物理量一、振动的基本物理量

●24a位移频率周期加速度速度基本物理量一、振动的基本物理量●24定义：某个运动量（位移、速度或加速度）按时间的正弦或余弦规律变化的振动。（x0为振幅、ω为角频率）（3-3）简谐振动是最简单的周期振动。若正弦振动，则

（3-1）

位移（3-2）

速度

加速度25a定义：某个运动量（位移、速度或加速度）（x0为振幅、ω为角

简谐振动（正弦）的相位关系

图3-2位移、速度、加速度的相位关系位移、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。26a简谐振动（正弦）的相位关系图3-2位移、速度、

（一）正弦波振动

（二）复合正弦波振动

（三）冲击波振动二、振动的性质

●27a（一）正弦波振动（二）复合正弦波振动（三）冲击波振动二

（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,则瞬间振动振幅可表示为（3-4）

若以距离x为横坐标,则瞬间振动振幅可表示为

（3-5）

图3-3正弦波

28a（一）正弦波振动如图，正弦波最大振幅为A，周期为T，频率为

（二）复合正弦波振动

图3-4正弦波的合成（基波和3次谐波的相位影响）

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。定义：两个以上正弦波叠加后形成的新波称为复合正弦波。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。29a（二）复合正弦波振动图3-4正弦波的合成振动频冲击：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。

（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！30a冲击：指给予系统的激励。（三）冲击波振动冲击性振动：冲压、冲击波示例

图3-6冲击波及其频谱示意图图(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。31a冲击波示例图3-6冲击波及其频谱示意图图(a)是

（一）自由振动

（二）受迫振动

（三）振动体与共振三、简谐振动系统●32a（一）自由振动（二）受迫振动（三）振动体与共振三、简谐

（一）自由振动：无外力作用的振动1.无阻尼自由振动2.有阻尼自由振动图3-8弹簧自由振动示意图

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。

33a（一）自由振动：无外力作用的振动1.无阻尼自由振动2.有阻

（二）受迫振动：在外力反复作用下的振动1.无阻尼受迫振动2.有阻尼受迫振动图3-11受迫振动

34a（二）受迫振动：在外力反复作用下的振动1.无阻尼受迫振动2

（三）振动体与共振1.固有频率

共振发生的频率共振烈度的表示振动体与共振频率4.3.2.35a（三）振动体与共振1.固有频率共振发生的频率共振烈度的表1.固有频率（也称共振频率）

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。

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。36a1.固有频率（也称共振频率）公害振动发生的主频率范围大约为2.共振发生的频率即阻尼比=0，频率比=1时，呈共振状态

理论上振幅为无穷大。无阻尼

阻尼比＞0时，随增大，最大位移振幅逐渐减小。最大振幅产生的频率比为最大振幅产生的频率为有阻尼

（3-31）

（3-33）

37a2.共振发生的频率即阻尼比=0，频率比3.共振烈度的表示（3-35）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

共振烈度的强度：

（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。38a3.共振烈度的表示（3-35）共振烈度：振动产生的最大位移振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……，则纵向共振频率

（3-37）横向共振频率

式中，——与棒横截面半径或厚度成正比的量。（3-38）39a4.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

（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四、波动的产生与传播●40a（一）波动的产生（二）共振引起的扩大（三）振动波的种类波动产生的机理：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。

（一）波动的产生41a波动产生的机理：激振力的作用。（一）波动的产生41a共振现象的主要形式有4种

（二）共振引起的扩大（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。（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。42a共振现象的主要形式有4种（二）共振引起的扩大（1）包括基础

（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（PrimaryWave，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（SecondaryWave，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。实体波（BodyWave）瑞利波（RayleighWave）：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

表面波（SurfaceWave）乐甫波(Lovewave)：在不同固体表面层内发生的表面波。质点运动与波传播方向垂直且水平移动。

图3-14振动波的种类与形态

43a（三）振动波的种类与形态纵波（压缩波或疏密波）:传播速度快

（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。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、固体与气体的界面产生表面波。44a（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

（四）波动沿地面的传递特性1.波动传递的顺序

波动的空间分布特征波动随距离的衰减波动的反射、折射和衍射4.3.2.45a（四）波动沿地面的传递特性1.波动传递的顺序波动的空间分1.波动传递的顺序

图3-15振动波传递顺序示意图

作用于匀质且广阔的地表面上一点的纯冲击波，一般随着距离的增加，波形本身将产生变形。假定波形传播时保持原状，则波动传递顺序：首先观测到与地面平行的P波，其次是S波，而后是具有与地面垂直振动分量的R波。

46a1.波动传递的顺序图3-15振动波传递顺序示意图作波动随距离的衰减3.距振源r0的基准点与距离r点的振幅比xr/x0为（3-39）式中，xr、x0——分别为基准点和距离r点的振动位移振幅；λ——地基的衰减常数；n——与波动类型相关的参数，表面波n=1/2。式中右侧第1项是介质吸收引起的衰减，每隔一定距离衰减一定dB量；第2项是波面扩展引起的衰减，若为表面波，则每倍程衰减3dB。振动以波动形式从振源传递到地面，随波动距离增加逐渐减小，直至衰灭波的形态不同，n值不同，波动随距离r的衰减也不同。47a波动随距离的衰减3.距振源r0的基准点与距离r点的振幅比xr波动的反射、折射和衍射4.图3-17不同入射波的反射波和折射波

振动在固体中的反射、折射、衍射、透射基本原理同声场；复杂处在于固体中纵波、横波、表面波共存，且传播速度不同。图示为P波、S波从固体介质1传递到固体介质2的界面产生反射和折射的情况。设P波、S波在介质1中的振动速度分别为cp1、cs1，在介质2中的振动速度分别

为cp2、cs2。

48a波动的反射、折射和衍射4.图3-17不同入射波的反射波波动的反射、折射和衍射4.不同波的强度受ρ1cpl、ρ1csl、ρ2cp2、ρ2cs2的影响，介质1和介质2的ρc比越大，材质越相异，反射波就越强，折射波越减少。

若界面的一侧是气体或液体，则其中只存在P波即压缩波(纵波)，界面阻抗显著变化，相互折射显著减少，与声场情况相同。若为固-固界面，即使是异质材料，阻抗变化也很小，振动易于导入，折射透过也相当大。49a波动的反射、折射和衍射4.不同波的强度受ρ1cpl、ρ1cs二、环境振动标准

三、城市区域环境振动标准●●一、振动的评价

●第三节振动的评价与标准50a二、环境振动标准三、城市区域环境振动标准●●一、振动的评（一）振动的评价指标

（二）振动的评价标准1.位移、速度和加速度2.振动级一、振动的评价

●51a（一）振动的评价指标（二）振动的评价标准（一）振动的评价指标

1.位移、速度和加速度振动的振动量：是指被测系统在选定点上选定方向的运动量。

位移、速度和加速度的换算关系（p118图3-20）描述振动量的基本参数

○10Hz

0.01m/s2

0.16㎜/s

2.5μm图3-20振动量换算图

52a（一）振动的评价指标1.位移、速度和加速度2.振动级振动加速度级定义为（3-42）

式中：

——加速度有效值，m/s2，对简谐振动；

——加速度参考值，m/s2，国外一般取，我国取。

一般用机械振动参数级来描述振动的强度，单位为分贝（dB）。在环境振动测量中，一般选用振动加速度级和振动级作为振动强度参数。53a2.振动级振动加速度级定义为（3-42）2.振动级人体对振动的感觉有关因素振动频率的高低、振动加速度的大小振动环境中暴露时间振动的方向综合诸多因素，国际标准化组织建议采用等感度曲线（图3-21）。图3-21等感度曲线

54a2.振动级人体对振动的感觉有关因素图3-21于是，由式（3-43）求得2台机器同时工作时的振动加速度级为

【例3-1】2台机器各自工作时，在某点测得的振动加速度有效值分别为2.68×10-2m/s2和3.62×10-2m/s2，试求2台机器同时工作时的振动加速度级。解：2台机器同时工作时的振动加速度有效值为55a于是，由式（3-43）求得2台机器同时工作时的振动加速度级（二）振动的评价标准感觉阈：人体刚刚能够感觉到振动，对人体无影响；不舒服阈：使人感到不舒服；疲劳阈：使人感到疲劳，工作效率降低。工况下以此阈为标准，超过者即认为存在振动污染；危险阈：此时振动会使人产生病变。在生理学中，振动强度习惯以g（）为单位表示加速度。据此，人体对振动的感觉标准为振动强弱对人体的影响大致可分为四种情况：刚刚感到振动是0.003g；不愉快的感觉是0.05g；不可容忍感是0.5g。

56a（二）振动的评价标准感觉阈：人体刚刚能够感觉到振动，对国际标准化组织推荐使用ISO2631/1－1985标准作为评价人体在振动环境中疲劳界限标准。我国根据这个标准制定了相应的国家标准《人体全身振动暴露的舒适性降低界限和评价准则》（GB/T13442—92）图3-22：垂直方向的振动暴露标准——暴露时间图3-23：垂直方向的振动暴露标准——疲劳和效率衰减的界限人体对垂直振动比水平振动更敏感。57a国际标准化组织推荐使用ISO2631/1－1985标准作为评图3-22垂直方向的振动暴露标准——暴露时间min58a图3-22垂直方向的振动暴露标准——暴露时间min58图3-23垂直方向的振动暴露标准——疲劳和效率衰减的界限

59a图3-23垂直方向的振动暴露标准——疲劳和效率衰减的界二、环境振动标准

●人在居住区域承受环境振动的评价，一般以刚刚感觉到的振动加速度(感觉阈)为允许界限，在界限以下可以认为基本没有影响。国际标准化组织推荐使用ISO/DIS2631给出的环境振动标准（表3-4）113116113899289全天车间113116113838683全天办公室74～9777～10074～79747774夜间107～110110～113107～11077～8380～8677～83白天住宅717471717471全天严格控制区混合轴ZX（Y）混合轴ZX（Y）每天数次的振动连续振动、间歇振动、重复振动振动级（）/dB时间地点表3-4ISO建筑物内振动标准

60a二、环境振动标准●人在居住区域承受环境振动的评价，一般以刚三、城市区域环境振动标准●我国《城市区域环境振动标准》（GB10070-88）中规定的有关城市各类区域铅垂方向振级标准值。适用地带范围昼间/dB夜间/dB特殊住宅区6565居民文教区7067混合区、商业中心区7572工业集中区7572交通干线道路两侧7572铁路干线两侧8080表3-5城市各类区域铅垂方向振级标准值

61a三、城市区域环境振动标准●我国《城市区域环境振动标准》（G第三章

振动污染及其控制62a第三章

振动污染及其控制1a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

63a第三章振动污染及其控制第一节概述

第二节振动基础二、振动污染源

三、振动的影响●●一、振动与振动污染●第一节概述64a二、振动污染源三、振动的影响●●一、振动与振动污染●第一一、振动与振动污染●（一）振动

（二）振动污染

65a一、振动与振动污染●（一）振动（二）振动污染定义：（1）当一个物体处于周期性往复运动的状态，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。（一）振动

66a定义：（一）振动5a

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，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。67a振动现象物理现象：声、光、热等物理现象都包含振动；桥梁和建振动污染：

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作。（二）振动污染

68a振动污染：（二）振动污染7a振动污染的特点

1.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。

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。3.2.69a振动污染的特点1.主观性：是一种危害人体健康的感觉公害。振动污染源

（一）工厂振动源（二）工程振动源

（三）道路交通振动源

（四）低频空气振动源

自然振源

人为振源

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。

二、振动污染源

●70a振动（一）工厂振动源自然振源人为振源自然振动察隅地震，整个村庄被抛起火山爆发71a自然振动察隅地震，整个村庄被抛起火山爆发10a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。（一）工厂振动源72a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。（二）工程振动源73a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

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85～100dB，振动级范围75～90dB内。（三）道路交通振动源

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。74a铁路振源：（三）道路交通振动源公路振源：13a

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。（四）低频空气振动源75a低频空气振动是指人耳可听见的100Hz左右的低频（四）低频固定式单个振动源如，一台冲床或一台水泵等

振动污染源

按形式分为

集合振动源如，厂界环境振动，建筑施工场界环境振动

76a固定式单个振动源振动污染源集合振动源15aNo动态特征定义示例1稳态振动观测时间内振级变化不大的环境振动往复运动机械，如空压机、柴油机等；旋转机械类，如发电机、发动机通风机等2冲击振动具有突发性振级变化的环境振动建筑施工机械，如打桩机等；锻压机械，如冲床，纺锤等3无规则振动未来任何时刻不能预先确定振级的环境振动道路交通振动、居民生活振动。如房屋施工，室内运动等4铁路振动列车行驶带来的轨道两侧30m外的环境振动铁路机车的运行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

77aNo动态特征定义示例观测时间内振级变化不大的环境振三、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

78a三、振动的影响●（一）振动对生理的影响（二）振动对心理的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，损伤脑、肺、心、消化器官、肝、肾、脊髓、关节等（一）振动对生理的影响

79a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。80a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。

（二）振动对心理的影响

81a人们在感受到振动时，心理上会产生不愉快、烦躁、不可忍受等各种振动引起人体的生理和心理变化，导致工作效率降低。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。（三）振动对工作效率的影响

82a振动引起人体的生理和心理变化，导致工作效率降低。（三）振动对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。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。（四）振动对构筑物的影响

83a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●●●第二节振动基础84a一、振动的基本物理量●二、振动的性质三、简谐振动系统四位移频率周期加速度速度基本物理量一、振动的基本物理量

●85a位移频率周期加速度速度基本物理量一、振动的基本物理量●24定义：某个运动量（位移、速度或加速度）按时间的正弦或余弦规律变化的振动。（x0为振幅、ω为角频率）（3-3）简谐振动是最简单的周期振动。若正弦振动，则

（3-1）

位移（3-2）

速度

加速度86a定义：某个运动量（位移、速度或加速度）（x0为振幅、ω为角

简谐振动（正弦）的相位关系

图3-2位移、速度、加速度的相位关系位移、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。87a简谐振动（正弦）的相位关系图3-2位移、速度、

（一）正弦波振动

（二）复合正弦波振动

（三）冲击波振动二、振动的性质

●88a（一）正弦波振动（二）复合正弦波振动（三）冲击波振动二

（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,则瞬间振动振幅可表示为（3-4）

若以距离x为横坐标,则瞬间振动振幅可表示为

（3-5）

图3-3正弦波

89a（一）正弦波振动如图，正弦波最大振幅为A，周期为T，频率为

（二）复合正弦波振动

图3-4正弦波的合成（基波和3次谐波的相位影响）

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。定义：两个以上正弦波叠加后形成的新波称为复合正弦波。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。90a（二）复合正弦波振动图3-4正弦波的合成振动频冲击：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。

（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！91a冲击：指给予系统的激励。（三）冲击波振动冲击性振动：冲压、冲击波示例

图3-6冲击波及其频谱示意图图(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。92a冲击波示例图3-6冲击波及其频谱示意图图(a)是

（一）自由振动

（二）受迫振动

（三）振动体与共振三、简谐振动系统●93a（一）自由振动（二）受迫振动（三）振动体与共振三、简谐

（一）自由振动：无外力作用的振动1.无阻尼自由振动2.有阻尼自由振动图3-8弹簧自由振动示意图

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。

94a（一）自由振动：无外力作用的振动1.无阻尼自由振动2.有阻

（二）受迫振动：在外力反复作用下的振动1.无阻尼受迫振动2.有阻尼受迫振动图3-11受迫振动

95a（二）受迫振动：在外力反复作用下的振动1.无阻尼受迫振动2

（三）振动体与共振1.固有频率

共振发生的频率共振烈度的表示振动体与共振频率4.3.2.96a（三）振动体与共振1.固有频率共振发生的频率共振烈度的表1.固有频率（也称共振频率）

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。

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。97a1.固有频率（也称共振频率）公害振动发生的主频率范围大约为2.共振发生的频率即阻尼比=0，频率比=1时，呈共振状态

理论上振幅为无穷大。无阻尼

阻尼比＞0时，随增大，最大位移振幅逐渐减小。最大振幅产生的频率比为最大振幅产生的频率为有阻尼

（3-31）

（3-33）

98a2.共振发生的频率即阻尼比=0，频率比3.共振烈度的表示（3-35）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

共振烈度的强度：

（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。99a3.共振烈度的表示（3-35）共振烈度：振动产生的最大位移振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……，则纵向共振频率

（3-37）横向共振频率

式中，——与棒横截面半径或厚度成正比的量。（3-38）100a4.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

（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四、波动的产生与传播●101a（一）波动的产生（二）共振引起的扩大（三）振动波的种类波动产生的机理：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。

（一）波动的产生102a波动产生的机理：激振力的作用。（一）波动的产生41a共振现象的主要形式有4种

（二）共振引起的扩大（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。（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。103a共振现象的主要形式有4种（二）共振引起的扩大（1）包括基础

（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（PrimaryWave，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（SecondaryWave，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。实体波（BodyWave）瑞利波（RayleighWave）：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

表面波（SurfaceWave）乐甫波(Lovewave)：在不同固体表面层内发生的表面波。质点运动与波传播方向垂直且水平移动。

图3-14振动波的种类与形态

104a（三）振动波的种类与形态纵波（压缩波或疏密波）:传播速度快

（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。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、固体与气体的界面产生表面波。105a（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

（四）波动沿地面的传递特性1.波动传递的顺序

波动的空间分布特征波动随距离的衰减波动的反射、折射和衍射4.3.2.106a（四）波动沿地面的传递特性1.波动传递的顺序波动的空间分1.波动传递的顺序

图3-15振动波传递顺序示意图

作用于匀质且广阔的地表面上一点的纯冲击波，一般随着距离的增加，波形本身将产生变形。假定波形传播时保持原状，则波动传递顺序：首先观测到与地面平行的P波，其次是S波，而后是具有与地面垂直振动分量的R波。

107a1.波动传递的顺序图3-15振动波传递顺序示意图作波动随距离的衰减3.距振源r0的基准点与距离r点的振幅比xr/x0为（3-39）式中，xr、x0——分别为基准点和距离r点的振动位移振幅；λ——地基的衰减常数；n——与波动类型相关的参数，表面波n=1/2。式中右侧第1项是介质吸收引起的衰减，每隔一定距离衰减一定dB量；第2项是波面扩展引起的衰减，若为表面波，则每倍程衰减3dB。振动以波动形式从振源传递到地面，随波动距离增加逐渐减小，直至衰灭波的形态不同，n值不同，波动随距离r的衰减也不同。108a波动随距离的衰减3.距振源r0的基准点与距离r点的振幅比xr波动的反射、折射和衍射4.图3-17不同入射波的反射波和折射波

振动在固体中的反射、折射、衍射、透射基本原理同声场；复杂处在于固体中纵波、横波、表面波共存，且传播速度不同。图示为P波、S波从固体介质1传递到固体介质2的界面产生反射和折射的情况。设P波、S波在介质1中的振动速度分别为cp1、cs1，在介质2中的振动速度分别

为cp2、cs2。

109a波动的反射、折射和衍射4.图3-17不同入射波的反射波波动的反射、折射和衍射4.不同波的强度受ρ1cpl、ρ1csl、ρ2cp2、ρ2cs2的影响，介质1和介质2的ρc比越大，材质越相异，反射波就越强，折射波越减少。

若界面的一侧是气体或液体，则其中只存在P波即压缩波(纵波)，界面阻抗显著变化，相互折射显著减少，与声场情况相同。若为固-固界面，即使是异质材料，阻抗变化也很小，振动易于导入，折射透过也相当大。110a波动的反射、折射和衍射4.不同波的强度受ρ1cpl、ρ1cs二、环境振动标准

三、城市区域环境振动标准●●一、振动的评价

●第三节振动的评价与标准111a二、环境振动标准三、城市区域环境振动标准●●一、振动的评（一）振动的评价指标

（二）振动的评价标准1.位移、速度和加速度2.振动级一、振动的评价

●112a（一）振动的评价指标（二）振动的评价标准（一）振动的评价指标

1.位移、速度和加速度振动的振动量：是指被测系统在选定点上选定方向的运动量。

位移、速度和加速度的换算关系（p118图3-20）描述振动量的基本参数

○10Hz