振動污染與控制課件

1、振動污染與控制第 三 章 1第1頁，共60頁。3.1.1 振動與振動污染3.1.2 振動污染源3.1.3 振動的影響3.1概述2第2頁，共60頁。第一節(jié) 概述一、振動與振動污染物體在某一位置附近來回往復(fù)地運動，稱為“機械振動”。例如，彈簧振子、音叉、琴以及蒸汽機活塞的往復(fù)運動等等。凡有搖擺、晃動、打擊、發(fā)聲的地方都存在機械振動。波動是振動的傳播過程 ; 振動是激發(fā)波動的波源.3第3頁，共60頁。振動和波從平衡位置發(fā)生的振動，在介質(zhì)中傳播的過程叫做“波”或“波動”。波動是能量傳遞的一種形式。機械波以實物（固體、液體或氣體等）為傳播媒質(zhì)。因此波是一種機械運動的形式。形成波必須有兩個條件：振源及彈性

2、媒質(zhì)。只有在彈性媒質(zhì)中，某個質(zhì)點的振動才能帶動與其相鄰的質(zhì)點運動。4第4頁，共60頁。（二）振動污染振動超過一定的界限，對人體的健康和設(shè)施產(chǎn)生損害，對人的生活和工作環(huán)境形成干擾，或使機器、設(shè)備不能正常工作。5第5頁，共60頁。特點：振動主觀性和局部性振動的作用不僅可以引起機械效應(yīng)，更重要的是可以引起生理和心理的效應(yīng)。振動傳遞時，隨距離衰減大，僅涉及振動源臨近的地區(qū)。6第6頁，共60頁。二、振動污染源自然振動源：人為振動源：工廠、工程、道路、低頻空氣污染源（按形式分）：固定式單個振動源；集合振動源按振動源的動態(tài)特征分：穩(wěn)態(tài)振動，沖擊振動，無規(guī)則振動，鐵路振動7第7頁，共60頁。三、振動的影響（一

3、）振動對生理的影響（二）對心理產(chǎn)生影響（三）對工作效率產(chǎn)生影響（四）破壞構(gòu)筑物8第8頁，共60頁。全身振動和局部振動人體是一個彈性體，各器官都有它的固有頻率，當外來振動的頻率與人體某器官的固有頻率一致時，會引起共振，因而對那個器官的影響也最大。全身受振的共振頻率為 314Hz;局部振動作用的頻率范圍在 201000Hz。9第9頁，共60頁。全身振動全身振動是由振動源（振動機械、車輛、活動的工作平臺）通過身體的支持部份（足部和臀部），將振動沿下肢或軀干傳布全身。10第10頁，共60頁。接觸強烈的全身振動可能導(dǎo)致內(nèi)臟器官的損傷或位移，周圍神經(jīng)和血管功能的改變，可造成各種類型的、組織的、生物化學(xué)的改

4、變，導(dǎo)致組織營養(yǎng)不良，如足部疼痛、下肢疲勞、足背脈搏動減弱、皮膚溫度降低；一般人可發(fā)生性機能下降、氣體代謝增加。振動加速度還可使人出現(xiàn)前庭功能障礙，導(dǎo)致內(nèi)耳調(diào)節(jié)平衡功能失調(diào)，出現(xiàn)臉色蒼白、惡心、嘔吐、出冷汗、頭疼頭暈、呼吸淺表、心率和血壓降低等癥狀。暈車、暈船即屬全身振動性疾病。全身振動還可造成腰椎損傷等運動系統(tǒng)影響。 11第11頁，共60頁。局部振動/手傳振動 局部接觸強烈振動主要是以手接觸振動工具的方式為主的，由于工作狀態(tài)的不同，振動可傳給一側(cè)或雙側(cè)手臂，有時可傳到肩部。長期持續(xù)使用振動工具能引起末梢循環(huán)、末神經(jīng)和骨關(guān)節(jié)肌肉運動系統(tǒng)的障礙，嚴重時可患局部振動病。 12第12頁，共60頁。局

5、部振動病局部振動病是以末梢循環(huán)障礙為主的疾病，亦可累及肢體神經(jīng)及運動功能。發(fā)病部位一般多在上肢末端，典型表現(xiàn)為發(fā)作性手指變白（簡稱白指）。我國1957年就將局部振動病定為職業(yè)病。13第13頁，共60頁。設(shè)備和房屋的振動當建筑物外有車輛駛過時，地面振動可以通過土壤和基礎(chǔ)傳給房屋結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生振動。在適當?shù)念l率和振幅下還會以噪聲形式出現(xiàn)。振動使機械設(shè)備本身疲勞和磨損，縮短使用壽命；對于機械加工機床，振動使加工精度降低。14第14頁，共60頁。第二節(jié) 振動基礎(chǔ)一、振動的物理量簡諧振動：某個物理量（位移、速度或加速度）按時間的正弦或余弦變化的振動。對于彈簧振子來說，小球在平衡位置作左右往返的周期性運動，其

6、空間位置y隨時間t的變化規(guī)律符合：15第15頁，共60頁。二、振動的性質(zhì)同方向，振動頻率相同的正弦波合成后仍是以相同頻率振動的簡諧振動。同方向，不同頻率正弦波合成后不再是諧振動。當頻率稍有不同時，就會出現(xiàn)拍現(xiàn)象。我們把合振動所引起的時而加強、時而減弱的周期性現(xiàn)象稱為拍。若兩個分振動振幅相同，拍頻=f1-f2基波與諧波的復(fù)合波仍是周期波形。16第16頁，共60頁。三、簡諧振動系統(tǒng)（一）自由振動（二）受迫振動（三）振動體與共振17第17頁，共60頁。1、無阻尼自由振動-無外力作用的振動由牛頓定律固有頻率： 18第18頁，共60頁。2、實際的振動系統(tǒng)有阻尼自由振動實際的振動系統(tǒng)不可避免地要受到摩擦和

7、其他阻力，即受到阻尼的作用。系統(tǒng)克服阻尼的作用做功，系統(tǒng)的機械能隨著時間逐漸減少，振動的振幅也逐漸減小。這種振幅逐漸減小的振動，叫做阻尼振動 19第19頁，共60頁。在實際振動過程中存在著各種各樣的阻尼，這些阻尼可能是振動系統(tǒng)在運動中遇到的介質(zhì)（如：空氣、水或油）的阻力,或是接觸物之間的摩擦力,等等.這些與運動有關(guān)的阻力,統(tǒng)稱為阻尼力.20第20頁，共60頁。固體摩擦：當摩擦力與振動速度的大小無關(guān)時（3-11）粘性摩擦：阻尼力是與速度一次方成正比（3-12）0 1,過阻尼態(tài)，已不是振動狀態(tài)，而是逐漸衰減的非周期運動21第21頁，共60頁。（二）受迫振動系統(tǒng)在外部策動力反復(fù)作用下發(fā)生的振動。例如

8、，揚聲器中紙盒的振動、蒸汽機活塞的振動以及縫紉機上縫針的振動，都是受迫振動的例子。22第22頁，共60頁。受迫振動的機制在受迫振動中，一方面系統(tǒng)因策動力做功而獲得能量，另一方面又因有阻尼而使機械能損耗。開始時，策動力對系統(tǒng)作的功往往大于系統(tǒng)克服阻尼損耗的能量，總的趨勢是振幅逐漸增大。由于阻力一般是隨速度而增加的，所以當振動加強時，因阻力而損耗的能量也要增多。當策動力對系統(tǒng)作功而傳遞給系統(tǒng)的能量，恰好補償系統(tǒng)因阻力而損耗的能量時，系統(tǒng)的機械能保持不變，振幅保持穩(wěn)定，進入穩(wěn)態(tài)。23第23頁，共60頁。（三）震動體與共振共振：激振力的頻率與固有頻率一致時，就會發(fā)生共振。因此，固有頻率也稱共振頻率。公

9、害頻率：1-100Hz，長度垮橋、天線、建筑物的固有頻率在此范圍。無阻尼時，共振時，理論上振幅無窮大有阻尼時，隨著阻尼比的增大，最大位移振幅逐漸減小。最大振幅頻率為共振烈度：振動產(chǎn)生最大位移振幅24第24頁，共60頁。四、波動的產(chǎn)生和傳播從平衡位置發(fā)生的任何擾動，在介質(zhì)中傳播的過程叫做“波”或“波動”。波動是能量傳遞的一種形式。機械波以實物（固體、液體或氣體等）為傳播媒質(zhì)。因此波是一種機械運動的形式。形成波必須有兩個條件：振源及彈性媒質(zhì)。只有在彈性媒質(zhì)中，某個質(zhì)點的振動才能帶動與其相鄰的質(zhì)點運動。25第25頁，共60頁。（二）共振引起的擴大激振力有時以原有的形式傳遞，但多數(shù)場合存在若干種形式的

10、共振現(xiàn)象，激振力受到過濾乃至變形，某些成分被突出、擴大后傳遞的現(xiàn)象。26第26頁，共60頁。（三）振動波的種類和形態(tài)在各向同性無限大的固體中，可以有兩種類型的彈性波。一種是縱波（一次波，P波），另一種是橫波（二次波，S波）。 在性質(zhì)不同的固體界面，所產(chǎn)生的波為表面波（瑞利波，R波；樂甫波）27第27頁，共60頁。縱波：質(zhì)點振動方向與波的傳播方向互相平行的波.（可在固體、液體和氣體中傳播） 特征：具有交替出現(xiàn)的密部和疏部（壓縮波或疏密波）.第二節(jié) 波動學(xué)基礎(chǔ)28第28頁，共60頁。 特征：具有交替出現(xiàn)的波峰和波谷（不發(fā)生體積變化）.第二節(jié) 波動學(xué)基礎(chǔ)橫波：質(zhì)點振動方向與波的傳播方向相垂直的波.2

11、9第29頁，共60頁。瑞利波傳播滯后于P波與S波。運動由垂直分量和水平分量組成。在公害振動中有著重要貢獻。30第30頁，共60頁。波動隨距離的衰減P波S波R波31第31頁，共60頁。3.3 振動的評價和標準3.3.1 振動的評價3.3.2 環(huán)境振動標準3.2.3 城市區(qū)域環(huán)境振動標準32第32頁，共60頁。一、 振動的評價（一）振動的評價指標1、位移、速度、加速度振動量：被測系統(tǒng)在選定點上選定方向的運動量。基本參數(shù)：位移、速度、加速度。33第33頁，共60頁。2、振動級和振動的加速度級振動加速度級：34第34頁，共60頁。振動級-修正的加速度級35第35頁，共60頁。振動級與感覺的關(guān)系振動級/

12、dB 振動感覺100 墻壁裂縫90 暖瓶倒地80 電燈搖擺，門窗發(fā)出聲音70 門窗振動60 人能感覺到振動36第36頁，共60頁。（二）振動的評價標準振動給予人的影響，按受到振動的強度和暴露時間大致有四種情況：“感覺閾”，人體剛能感受到振動的信息；“不舒適閾”,人體產(chǎn)生不舒適反應(yīng);“疲勞閾”，人體產(chǎn)生生理性反應(yīng)；“極限閾”（或“危險閾”），超過它人體會產(chǎn)生病理性損傷 。在生理學(xué)中，振動強度習(xí)慣以g來表示加速度。37第37頁，共60頁。（二）振動的評價標準振動的勞動保護標準：感覺閾(0.003g)、不舒服閾(0.05g)、疲勞(0.5g)閾、危險閾。（g=9.80665m/m2)國際化標準推薦使

13、用ISO02631/I-1985作為人體在振動環(huán)境中疲勞界限標準。GB/T13442-92人體全身振動暴露的舒適性降低界限和評價標準。38第38頁，共60頁。二、振動的環(huán)境標準環(huán)境振動標準ISO/DIS2631建筑物內(nèi)振動標準城市區(qū)域環(huán)境振動標準GB10070-88城市各類區(qū)域鉛垂方向振級標準值39第39頁，共60頁。任務(wù)：通過一定的手段使受控對象的水平滿足預(yù)定要求。確定振源特性與振動特征確定振動水平確定振動控制方法分析設(shè)計振動控制3.4 振動控制技術(shù)40第40頁，共60頁。一、振動控制方法概述振動源控制（振源消振）沖擊振動-遠離振動源、采用大型基礎(chǔ)不平衡力引起的振動-提高制造質(zhì)量、安裝精度隔

14、振使振動傳輸不出去振源與受控對象之間串加一個子系統(tǒng)：大型基礎(chǔ)、隔振元件（隔振彈簧、橡膠墊）防振溝里面填松軟物質(zhì)41第41頁，共60頁。吸振在受控對象上附加一個子系統(tǒng)使得某一頻率的振動得以控制。利用吸振器產(chǎn)生吸振力以減少受控對象的振源激勵的響應(yīng)。阻尼減振在受控對象上附加阻尼器或阻尼元件，通過消耗能量使響應(yīng)最小。修改結(jié)構(gòu)修改受控對象的動力學(xué)特性參數(shù)，不需要附加子系統(tǒng)。防護措施：全身振動防振鞋局部振動防振手套42第42頁，共60頁。二、機械振動控制機械振動：穩(wěn)態(tài)振動；沖擊振動降低機械的振動加速度-減少自由振幅倍率43第43頁，共60頁。2.利用支承臺架質(zhì)量的減振措施振動傳遞系數(shù)：通過隔振元件傳遞的力

15、與激振力的比值。在忽視阻尼時，44第44頁，共60頁。3、利用動力吸振的減振措施當機械安裝不良而形成共振狀態(tài)，在受控對象上附加一個子系統(tǒng)使得這一頻率的振動得以控制45第45頁，共60頁。三、彈性減振（一）彈性減震原理振動傳遞系數(shù)通過隔振元件傳遞的力與激振力的比值P127 例3-446第46頁，共60頁。彈性減振方法積極隔振：減少機器振動激振力向基礎(chǔ)的傳遞量 降低設(shè)備的擾動對周圍環(huán)境的影響消極隔振：減少基礎(chǔ)的振動對儀器設(shè)備的影響-達到保護儀器的目的47第47頁，共60頁。四、阻尼減振對于薄板類結(jié)構(gòu)振動及其輻射噪聲，在其結(jié)構(gòu)或部件表面涂貼阻尼材料也能達到減振降噪的效果。自由阻尼層-振動能轉(zhuǎn)化為熱能

16、約束阻尼層-阻尼層振動能轉(zhuǎn)化為熱能，約束層結(jié)構(gòu)可以提高機械振動的能量消耗。48第48頁，共60頁。五、沖擊減振積極沖擊隔離：隔離具有脈沖沖擊力的機械，減少其對環(huán)境的影響消極沖擊隔離：隔離基礎(chǔ)的脈沖沖擊，保護儀器的工作緩沖：緩沖材料介于互相碰撞的物體之間，使碰撞的沖擊力比直接碰撞低。隔離：通過隔振元件，使激振力減弱。49第49頁，共60頁。六、傳播途徑的減振對策振動隨距離的衰減是振動傳播阻斷措施之一，還可以采用防振溝和隔墻。瑞利波常見的界面彈性波，是沿半無限彈性介質(zhì)自由表面?zhèn)鞑サ钠癫?。由 L.瑞利于 1887 年首先指出其存在而得名。地震學(xué)中稱其為R波或L波。在表層附近，質(zhì)點的運動軌跡為橢圓

17、；在離表面為 0.2 個波長的深度以下，其運動軌跡仍為橢圓，但運動方向與表層相反。在自由表面上，質(zhì)點沿表面法向的位移約為切向的 1.5 倍。瑞利波的波速與頻率無關(guān) ，只與介質(zhì)的彈性常數(shù)有關(guān)，為同介質(zhì)中橫波波速的 0.8620.955 倍。波速隨頻率或波長而變化，這種現(xiàn)象叫做頻散 50第50頁，共60頁。樂甫波（Love wave），一種常見的界面彈性波。在彈性介質(zhì)界面上存在一層低波速彈性覆蓋層時，在該覆蓋層內(nèi)部和界面上可能出現(xiàn)的介質(zhì)所有質(zhì)點沿水平方向振動的橫波。因A.E.H.樂甫建立這種波的數(shù)學(xué)模型而得名。其波速不僅與材料性質(zhì)有關(guān)，而且與頻率有關(guān)，這種現(xiàn)象叫做頻散。波長很長的樂甫波的波速接近于

18、下層介質(zhì)中橫波的波速；波長很短的樂甫波的波速接近于上面低波速覆蓋層中橫波的波速。重視：地基經(jīng)常性微動 51第51頁，共60頁。七、振動衰減：振源傳播經(jīng)過地面隨距離而衰減，受土質(zhì)、地層、頻率等影響設(shè)地面為半無限勻質(zhì)彈性體，則兩地間的振動衰減為：實際上振動距離衰減由于不同的波而不同，且地基引起的內(nèi)部擴散作用更大。52第52頁，共60頁。3.5 減振材料與裝置及其應(yīng)用 一、減震材料（一）隔振材料橡膠軟木玻璃纖維、毛氈53第53頁，共60頁。（二）阻尼材料黏彈性阻尼材料-兼有黏性液體可以損耗能量和彈性固體的良好減振性能（橡膠、塑料），用損耗因子來衡量，受溫度限制復(fù)合材料：用薄黏彈性材料將幾層金屬板黏粘在一起，工藝簡單，同樣的阻尼層與金屬的結(jié)合有自由阻尼層和約束阻尼層。阻尼合金：導(dǎo)熱快、耐高