第二章(第5节)单自由度系统的自由振动

2.5振动在工程中的应用1自由振动在工程中的应用―(1)榔头敲击车轮检测火车故障

检修工人手持榔头敲击火车的车轮等部位，这就是通过听敲击后车轮等部位发出的声音来检测列车的关键部位是否有损伤。

因为如果车轮轴有损伤或有小裂纹，用掷头一敲，车轮轴系统将发生自由振动，其振动的频率与轮轴材料的弹性有关，损伤或有裂纹的部位会引起材料的弹性发生改变，这样固有频率也将发生变化，听到的声音频率也就不一样。2.5振动在工程中的应用1自由振动在工程中的应用―(2)弦乐器的演奏

在弦乐器的演奏中，一根弦所产生的振动频率和弦的拉紧的程度以及振动部分的弦长有关。所以，在交响乐等音乐会正式开始之前，音乐家们都要通过松紧弦来调整弦的张力以调节琴的基调，使得演奏时乐器发出准确频率的音乐。在演奏中，音乐家通过用手指压迫琴弦的不同位置以改变琴弦的振动频率，从而奏出变化多端的美妙乐曲。在提琴和二胡等弦乐器的演奏中，音乐家左手压迫琴弦时会在压迫点附近轻微抖动，称为柔弦，这样，使得琴弦奏出以一个频率为主的多种频率的复合音，从而使得音色更加丰满。2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(1)阻尼材料

由于阻尼可以使振动衰减，所以在工程实际中，阻尼的应用十分广泛，并且恰当的阻尼还可以使振动几乎消失，这为消除有害振动提供了有效途径。阻尼材料

塑料、橡胶、阻尼陶瓷、阻尼合金、等等。2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(2)机械系统隔振工程上许多机械设备，如精密机床，往往被固定在较重的混凝土基础之上，在基础与地面之间铺设一层弹性阻尼衬垫，以隔绝外界振动的干扰，如图所示。在机械系统中出现自激振动的例子很多，如机床的切削过程，旋转轴的油膜振动，机翼的颤振等等，这都是工程实际中还在继续研究的问题，人们企图在设计过程中预计不发生这种振动，因为这种振动一开始就表现为不稳定的增长运动而导致事故。2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(2)机械系统隔振在重型锻锤隔振系统中应用粘滞阻尼减振器振动造成45

度裂缝

重型锻锤是机械、冶金、汽车、船舶等行业广泛使用的重要设备。锻锤在锻打坯料时将产生严重的振动和噪声，许多生产车间的劳动条件因之而恶化，锤基的振动，又通过土壤传给周围环境，对锻工、厂房、精密仪器仪表及工厂周围的居民生活构成一大公害。2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(2)机械系统隔振弹簧—粘带阻尼减振器锻锤安装了减振隔振系统之后，锻锤使用过程中对周围环境影响较小，且衰减较快，明显地减少了振动与噪声这一公害。锻锤直接安装减振器2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(2)机械系统隔振粘滞阻尼减振器的结构与安装使用技术下底座直接弹性支承隔振系统

如图所示为并联粘滞阻尼弹簧隔振器成一体安装于锻锤机体的底部。阻尼器的特性基本上不受温度影响。实践证明，它已可以作为一种标准隔振方案，几乎可以使用于所有种类的锻锤上。锻锤采用弹簧—粘滞阻尼减振器设备是一种最佳的选择。2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(2)机械系统隔振

Santana轿车整车薄壁上粘贴高阻尼材料，以达到减振降噪的效果。2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(3)桥梁、高塔等高大建筑的消振高大的桥梁、铁塔等建筑物，四周用钢索拉紧。当受到风力、车辆和行人激励时，钢索会产生振动，进而使桥梁、铁塔等建筑物稳定性受到威胁。为此，在钢索上装有阻尼的动力消振器。2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(3)桥梁、高塔等高大建筑的消振从20世纪70年代以来，人们开始逐步地把阻尼减振技术转用到建筑、桥梁、铁路等工程中，并发展十分迅速。在航天航空、军工、汽车等行业中早已应用了阻尼器来减振消能。到20世纪末，全世界已有近100多个结构工程运用了阻尼器来吸能减振。2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(3)桥梁、高塔等高大建筑的消振2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(3)桥梁、高塔等高大建筑的消振Maysville斜拉桥阻尼器的安置佐治亚州SidneyLanier桥2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(3)桥梁、高塔等高大建筑的消振西雅图Novelty桥Willamette河行人桥2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(3)桥梁、高塔等高大建筑的消振旧金山海湾悬索大桥2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(3)桥梁、高塔等高大建筑的消振伦敦Millennium桥全景2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(3)桥梁、高塔等高大建筑的消振长桩阻尼器水平人字安装阻尼器垂直人字安装阻尼器2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(3)桥梁、高塔等高大建筑的消振

1999年北京站抗震加固工程采用了先进的阻尼器。在每个方向安装16个130吨非线性液体粘滞阻尼器，阻尼器可以使原结构的阻尼比从5%（一般钢筋混凝土结构）提高到了20%，从而把大震下的层向位移降低到弹性范围内。2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(3)桥梁、高塔等高大建筑的消振美国前贸易中心大楼用了10000个节点阻尼器，使整个结构阻尼增加了两倍。受到风激励后，高楼的振幅比无节点阻尼器时减少80%以上。2.5有阻尼系统的自由振动有阻尼自由振动自由振动应用―桥梁、高塔等高大建筑的消振2001年9月11日纽约世贸中心110层大厦被波音767-200飞机撞击后整体坍塌，原因是钢制支柱在极高的温度(

800°C)下持续受热造成的动力响应。撞击后，在结构中倾注的飞机燃油引起大火，加热降低了材料的屈服强度，导致沿大厦周边分布的框架管柱和大厦中心部分支柱产生粘塑性(蠕变)屈曲而坍塌。2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(3)桥梁、高塔等高大建筑的消振用大石块制造阻尼，以减小海浪对堤岸的冲击2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用―(4)网球(羽毛球)拍消振网球拍或羽毛球拍在击球后产生自由振动，若不在下次击球之前停止振动，将影响再次击球的方向和角度，为此在铁合金管外面绕上石墨纤维，并在其外面用塑料捆扎住，由于石墨纤维外表面的库仑阻尼，使球拍在击球后，以最快的时间稳定下来。2.5振动在工程中的应用2有阻尼自由振动自由振动应用