机械振动和噪声

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1、机械振动和噪声基本原理机械振动和噪声基本原理李李 鹤鹤东北大学东北大学 机械学院机械学院2012.8.22主要内容主要内容1. 机械振动和噪声的危害、抑制与利用机械振动和噪声的危害、抑制与利用2. 单自由度振动系统的基本原理单自由度振动系统的基本原理3. 模态实验模态实验4. 声学的基本原理声学的基本原理1.0 振动无处不在振动无处不在在实际工程和日常生活中的振动现象：在实际工程和日常生活中的振动现象： 工程系统如机械、车辆、船舶、飞机、航天器、建筑、工程系统如机械、车辆、船舶、飞机、航天器、建筑、桥梁等都经常处在各种激励的作用下，因而会不可避免地产桥梁等都经常处在各种激励的作用下，因而会不可

2、避免地产生各种各样的振动，生各种各样的振动，可见振动力学在工程实际中有着广泛的可见振动力学在工程实际中有着广泛的应用。应用。例如例如在机械、电机工程中在机械、电机工程中，振动部件和整机的强度和，振动部件和整机的强度和刚度、大型机械的故障诊断、精密仪器设备的防噪和减振等刚度、大型机械的故障诊断、精密仪器设备的防噪和减振等问题；问题；在交通运输、航空航天工程中在交通运输、航空航天工程中，车辆舒适性、操纵性，车辆舒适性、操纵性和稳定性等问题，海浪作用下船舶的模态分析和强度分析，和稳定性等问题，海浪作用下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问题；飞行器的结构振动和声疲劳分析等问题；

3、在电子电信、轻工在电子电信、轻工工程中，工程中，通信器材的频率特性、音响器件的振动分析等问题；通信器材的频率特性、音响器件的振动分析等问题；在土建、地质工程中在土建、地质工程中，建筑、桥梁等结构物的模态分析，地，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，矿床探查、爆破技术的研究等问震引起结构物的动态响应，矿床探查、爆破技术的研究等问题；题；在医学、生物工程中在医学、生物工程中，脑电波、心电波、脉搏波动等信，脑电波、心电波、脉搏波动等信号的分析处理等问题。号的分析处理等问题。 自然界中的振动现象：自然界中的振动现象：潮汐是一种周期性振动。虽然引起潮汐的原因很复杂，目前公认潮汐是一种

4、周期性振动。虽然引起潮汐的原因很复杂，目前公认的是月球引潮观点，构成的是月球引潮观点，构成“引潮力引潮力”的两个因素为：的两个因素为：(1)月球的引力；月球的引力；(2)地球绕地月公共质心转动而产生的离心力。除月球外太阳的地球绕地月公共质心转动而产生的离心力。除月球外太阳的“引引潮力潮力”是比较突出的，日月引潮力影响天气气候，特别当日、月、是比较突出的，日月引潮力影响天气气候，特别当日、月、地同处一条直线上时，引潮力的共振减压效应最为显著，几乎所有地同处一条直线上时，引潮力的共振减压效应最为显著，几乎所有的突发性特大自然灾害，都是在内部条件基本具备情况下遇到此种的突发性特大自然灾害，都是在内部

5、条件基本具备情况下遇到此种触发因素而发生的。潮汐的研究对航海与船舶进出港、渔业、潮汐触发因素而发生的。潮汐的研究对航海与船舶进出港、渔业、潮汐发电等十分有用。发电等十分有用。人们可以根据逐年的气象情况统计出气候周期性的振动规律，根人们可以根据逐年的气象情况统计出气候周期性的振动规律，根据这一规律可预估气候趋势，对生产与生活、抗洪和抗旱、防灾及据这一规律可预估气候趋势，对生产与生活、抗洪和抗旱、防灾及减灾等有着重要的意义。减灾等有着重要的意义。树木年轮中的一疏一密是由气候的周期变化而引起的，从广义角树木年轮中的一疏一密是由气候的周期变化而引起的，从广义角度来看，也是一种振动现象，这一振动特征，多

6、应用于考古学、地度来看，也是一种振动现象，这一振动特征，多应用于考古学、地质学和水文学的研究之中，同时年轮学在环境污染、森林更新、冰质学和水文学的研究之中，同时年轮学在环境污染、森林更新、冰川进退、考古断年、灾害、地震、雪崩、医疗、地方病、农牧业产川进退、考古断年、灾害、地震、雪崩、医疗、地方病、农牧业产量预测等都有着广阔的发展前景。量预测等都有着广阔的发展前景。 工程系统中的工程系统中的振动：振动：车车辆辆减减振振系系统统工程系统中的工程系统中的振动：振动：船只的振动船只的振动航空和航天航空和航天工程系统中的工程系统中的振动：振动：工程系统中的工程系统中的振动：振动：车载火炮稳定系统车载火炮

7、稳定系统 在坦克炮塔内，陀螺仪、加在坦克炮塔内，陀螺仪、加速度计及角度传感器不断地测定速度计及角度传感器不断地测定各种运动载荷，车载计算机根据各种运动载荷，车载计算机根据这些信息计算并发出抵消这些运这些信息计算并发出抵消这些运动的控制指令，通过伺服系统使动的控制指令，通过伺服系统使炮塔相对于底盘水平转动、火炮炮塔相对于底盘水平转动、火炮相对于炮塔高低俯仰，从而使坦相对于炮塔高低俯仰，从而使坦克即使在不断颠簸的运动中也能克即使在不断颠簸的运动中也能将火炮准确地对准目标。将火炮准确地对准目标。工程系统中的工程系统中的振动：振动：工程系统中的工程系统中的振动：振动：硬盘振动硬盘振动工程系统中的工程系

8、统中的振动：振动：压气机的振动通过地面会影响到周围的仪器设备压气机的振动通过地面会影响到周围的仪器设备 工程系统中的工程系统中的振动：振动：缆车上装有减振器缆车上装有减振器工程系统中的工程系统中的振动：振动：各种形状的叠层减振器各种形状的叠层减振器工程系统中的工程系统中的振动：振动： 在诺曼底桥采用了斜拉索上垂直方向布置辅助加固在诺曼底桥采用了斜拉索上垂直方向布置辅助加固索索( (二次索二次索) )以防止斜拉索振动和非线性变形增大。以防止斜拉索振动和非线性变形增大。 工程系统中的工程系统中的振动：振动： 运动器材运动器材：看似简单的滑雪板看似简单的滑雪板蕴涵了很多材料学和人体工程蕴涵了很多材料

9、学和人体工程学的科技成果。学的科技成果。滑雪板由多层结构组成，包括弹性板材、抗扭力滑雪板由多层结构组成，包括弹性板材、抗扭力的盒形结构、板芯、玻璃纤维合材料、高分子材料底板、边刃等。的盒形结构、板芯、玻璃纤维合材料、高分子材料底板、边刃等。1.1 机械振动和噪声的危害机械振动和噪声的危害 地震，地震，群灾之首。群灾之首。强烈的破坏性地震瞬间强烈的破坏性地震瞬间将房屋、桥梁、水坝等将房屋、桥梁、水坝等建筑物摧毁，直接给人建筑物摧毁，直接给人类造成巨大的灾难，还类造成巨大的灾难，还会诱发水灾、火灾、海会诱发水灾、火灾、海啸、有毒物质及放射性啸、有毒物质及放射性物质泄漏等物质泄漏等次生灾害。次生灾害

10、。地震的破坏地震的破坏唐山唐山大地震大地震台湾大地震台湾大地震土耳其大地震土耳其大地震印度洋强震引发印度洋强震引发海啸海啸席卷南亚东南亚席卷南亚东南亚2008.5.12 汶川地震汶川地震振动引起的转子系统破坏振动引起的转子系统破坏1.2 机械振动和噪声的抑制机械振动和噪声的抑制振动的抑制：振动的抑制：风机用消声器风机用消声器大型风机用消声器进风口结构大型风机用消声器进风口结构红色为防锈漆，红色为防锈漆，白色为孔内装有白色为孔内装有消声纤维玻璃消声纤维玻璃振动的抑制：振动的抑制：电话电话亭内亭内装超装超细吸细吸声棉声棉的吸的吸声平声平板板会议室用的隔声吸声屏风会议室用的隔声吸声屏风车间顶上的吸声

11、屏障车间顶上的吸声屏障振动的抑制：振动的抑制：汽车排气管用消声器汽车排气管用消声器VOLVO客车内的吸声毛绒客车内的吸声毛绒振动的抑制：振动的抑制：一种吸声型的声屏障结构一种吸声型的声屏障结构利用声屏障将声源利用声屏障将声源和保护目标隔开和保护目标隔开振动的抑制：振动的抑制：高架桥上的吸声屏障高架桥上的吸声屏障高架桥上的吸声高架桥上的吸声与隔振组合屏障与隔振组合屏障振动的抑制：振动的抑制：美国高速公路用混凝土板墙美国高速公路用混凝土板墙做声屏障，声衰减做声屏障，声衰减710dB日本日本吸声吸声型声型声屏障屏障中国第一座公路声中国第一座公路声屏障，降噪量为屏障，降噪量为10.5dB1.3 机械振