工程结构防振

[拼音]：gongcheng jiegou fangzhen

[外文]：vibration protection of engineering structure

为减小工程结构或构件在干扰力作用下的振动而采取的措施。工程结构或构件用减振垫或减振器隔振是经济实用的防振方法。

结构振动的类型

工程结构的振动可分为与干扰力相对应的四种类型：周期振动、非周期振动、冲击振动和随机振动。在工程中大量遇到的是周期振动中的简谐振动。

单自由度体系的振幅(A)和相位(嗘)为

　　　　　　　　 (1)

　　　　　　　　　　(2)

式中F₀为简谐干扰力F(t)＝F₀cosω₀t中的力幅;k和δ为结构的刚度和阻尼系数;ω₀为干扰力的圆频率(或称角频率)；ω为结构的自振圆频率。当ω＝ω₀时，振动骤然增大，发生共振，应尽量避免；当ω＜ω₀/2时，振动大大减少。隔振就是应用这一基本原理来达到减小振动的目的。

结构振动的危害

结构振动的危害主要表现在：

（1）工程结构如果长期处于强烈振动下，要经受上百万次甚至上亿次往复运动，结构会因疲劳而破坏；

（2）结构的振动会影响生产人员的正常工作和身体健康；

（3）工程结构的振动有时会对精密设备和仪器及精确的工艺过程造成有害的影响；

（4）产品质量不能保证。

结构防振的途径

防振的途径很多，其中隔振是防振中最常见的措施之一。隔振措施分为两类：

（1）积极隔振。为了减小有动力荷载的设备对支承结构、生产人员和设备的振动影响，对振源(动力设备)所采取的隔振措施。

（2）消极隔振。为了减小支承精密设备的结构振动对精密设备的影响，对精密设备所采取的隔振措施。无论是积极隔振还是消极隔振，其方法是在被隔振设备和支承结构之间，设置如钢弹簧、橡胶制品、软木或乳胶海绵等减振器或减振材料，使干扰力的频率与隔振体系的自振频率之比大于2，以便得到66％以上的隔振效果（图1）。

减振器

工程结构隔振中常用的减振器有钢弹簧、橡胶减振器(图2)和空气弹簧减振器（图3）。减振材料有橡胶、乳胶海绵、软木和玻璃纤维等。

（1）钢弹簧。主要有螺旋弹簧和板弹簧。工程结构的隔振常采用圆柱形螺旋弹簧，这种弹簧力学性能稳定，结构简单，制造方便，使隔振体系的自振频率达到 3赫以下。钢弹簧阻尼很小（约为0.005），宜用于允许振动较大的动力设备的积极隔振。如用于精密设备的消极隔振，需要另加阻尼措施。

（2）橡胶减振器。由橡胶或橡胶和金属粘结制成。橡胶成型简单，加工方便，容易制成各种不同形状和不同受力状态的几何体，因此橡胶减振器种类繁多，而且阻尼较大（可达0.1以上），使用普遍。尤其是以剪切变形为主的减振器，具有刚度小、阻尼大的特点。

（3）空气弹簧减振器。是一门比较新的技术，应用虽然还不太普遍，却是一种很有前途的隔振方案，现已日益被人们所重视，并在一些工程隔振中被采用。

隔振技术的应用

动力设备积极隔振技术的应用现已相当普遍，对于转速大于400转/分的动力设备，或者产生冲击干扰力的装置，都可以用减振器隔振，并得到足够的隔振效果。对于转速低于400转/分的动力设备，用减振器隔振往往比较困难，一般多采取增大厂房水平刚度或增大基础平面尺寸的方法进行减振。

精密设备的消极隔振主要隔离来自支承设备的结构的振动，使得隔振后的支承结构的振动小于精密设备的允许振动。它的指标可能是位移，也可能是速度或加速度。支承结构的振动由两部分组成：

（1）由空调设备和机加工等动力设备引起的机械振动；

（2）由地震波、地下水流动、地磁和潮汐的变化等引起的地面脉动。对于一般精密设备的隔振，通常不必考虑地面脉动的影响，但对一些高精度的设备（如激光控制的某些仪器设备），地面脉动的影响是需要慎重对待的。少数对防振有特殊要求的精密设备（如重力加速度计），采用带油阻尼器的悬挂体系和伺服反馈法，是有前途的防振措施。

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