第二章(第5節(jié))單自由度系統(tǒng)的自由振動

2.5振動在工程中的應用1自由振動在工程中的應用―(1)榔頭敲擊車輪檢測火車故障

檢修工人手持榔頭敲擊火車的車輪等部位，這就是通過聽敲擊后車輪等部位發(fā)出的聲音來檢測列車的關鍵部位是否有損傷。

因為如果車輪軸有損傷或有小裂紋，用擲頭一敲，車輪軸系統(tǒng)將發(fā)生自由振動，其振動的頻率與輪軸材料的彈性有關，損傷或有裂紋的部位會引起材料的彈性發(fā)生改變，這樣固有頻率也將發(fā)生變化，聽到的聲音頻率也就不一樣。2.5振動在工程中的應用1自由振動在工程中的應用―(2)弦樂器的演奏

在弦樂器的演奏中，一根弦所產生的振動頻率和弦的拉緊的程度以及振動部分的弦長有關。所以，在交響樂等音樂會正式開始之前，音樂家們都要通過松緊弦來調整弦的張力以調節(jié)琴的基調，使得演奏時樂器發(fā)出準確頻率的音樂。在演奏中，音樂家通過用手指壓迫琴弦的不同位置以改變琴弦的振動頻率，從而奏出變化多端的美妙樂曲。在提琴和二胡等弦樂器的演奏中，音樂家左手壓迫琴弦時會在壓迫點附近輕微抖動，稱為柔弦，這樣，使得琴弦奏出以一個頻率為主的多種頻率的復合音，從而使得音色更加豐滿。2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(1)阻尼材料

由于阻尼可以使振動衰減，所以在工程實際中，阻尼的應用十分廣泛，并且恰當的阻尼還可以使振動幾乎消失，這為消除有害振動提供了有效途徑。阻尼材料

塑料、橡膠、阻尼陶瓷、阻尼合金、等等。2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(2)機械系統(tǒng)隔振工程上許多機械設備，如精密機床，往往被固定在較重的混凝土基礎之上，在基礎與地面之間鋪設一層彈性阻尼襯墊，以隔絕外界振動的干擾，如圖所示。在機械系統(tǒng)中出現自激振動的例子很多，如機床的切削過程，旋轉軸的油膜振動，機翼的顫振等等，這都是工程實際中還在繼續(xù)研究的問題，人們企圖在設計過程中預計不發(fā)生這種振動，因為這種振動一開始就表現為不穩(wěn)定的增長運動而導致事故。2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(2)機械系統(tǒng)隔振在重型鍛錘隔振系統(tǒng)中應用粘滯阻尼減振器振動造成45

度裂縫

重型鍛錘是機械、冶金、汽車、船舶等行業(yè)廣泛使用的重要設備。鍛錘在鍛打坯料時將產生嚴重的振動和噪聲，許多生產車間的勞動條件因之而惡化，錘基的振動，又通過土壤傳給周圍環(huán)境，對鍛工、廠房、精密儀器儀表及工廠周圍的居民生活構成一大公害。2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(2)機械系統(tǒng)隔振彈簧—粘帶阻尼減振器鍛錘安裝了減振隔振系統(tǒng)之后，鍛錘使用過程中對周圍環(huán)境影響較小，且衰減較快，明顯地減少了振動與噪聲這一公害。鍛錘直接安裝減振器2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(2)機械系統(tǒng)隔振粘滯阻尼減振器的結構與安裝使用技術下底座直接彈性支承隔振系統(tǒng)

如圖所示為并聯粘滯阻尼彈簧隔振器成一體安裝于鍛錘機體的底部。阻尼器的特性基本上不受溫度影響。實踐證明，它已可以作為一種標準隔振方案，幾乎可以使用于所有種類的鍛錘上。鍛錘采用彈簧—粘滯阻尼減振器設備是一種最佳的選擇。2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(2)機械系統(tǒng)隔振

Santana轎車整車薄壁上粘貼高阻尼材料，以達到減振降噪的效果。2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振高大的橋梁、鐵塔等建筑物，四周用鋼索拉緊。當受到風力、車輛和行人激勵時，鋼索會產生振動，進而使橋梁、鐵塔等建筑物穩(wěn)定性受到威脅。為此，在鋼索上裝有阻尼的動力消振器。2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振從20世紀70年代以來，人們開始逐步地把阻尼減振技術轉用到建筑、橋梁、鐵路等工程中，并發(fā)展十分迅速。在航天航空、軍工、汽車等行業(yè)中早已應用了阻尼器來減振消能。到20世紀末，全世界已有近100多個結構工程運用了阻尼器來吸能減振。2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振Maysville斜拉橋阻尼器的安置佐治亞州SidneyLanier橋2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振西雅圖Novelty橋Willamette河行人橋2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振舊金山海灣懸索大橋2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振倫敦Millennium橋全景2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振長樁阻尼器水平人字安裝阻尼器垂直人字安裝阻尼器2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(3)橋梁、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進的阻尼器。在每個方向安裝16個130噸非線性液體粘滯阻尼器，阻尼器可以使原結構的阻尼比從5%（一般鋼筋混凝土結構）提高到了20%，從而把大震下的層向位移降低到彈性范圍內。2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振美國前貿易中心大樓用了10000個節(jié)點阻尼器，使整個結構阻尼增加了兩倍。受到風激勵后，高樓的振幅比無節(jié)點阻尼器時減少80%以上。2.5有阻尼系統(tǒng)的自由振動有阻尼自由振動自由振動應用―橋梁、高塔等高大建筑的消振2001年9月11日紐約世貿中心110層大廈被波音767-200飛機撞擊后整體坍塌，原因是鋼制支柱在極高的溫度(

800°C)下持續(xù)受熱造成的動力響應。撞擊后，在結構中傾注的飛機燃油引起大火，加熱降低了材料的屈服強度，導致沿大廈周邊分布的框架管柱和大廈中心部分支柱產生粘塑性(蠕變)屈曲而坍塌。2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(3)橋梁、高塔等高大建筑的消振用大石塊制造阻尼，以減小海浪對堤岸的沖擊2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用―(4)網球(羽毛球)拍消振網球拍或羽毛球拍在擊球后產生自由振動，若不在下次擊球之前停止振動，將影響再次擊球的方向和角度，為此在鐵合金管外面繞上石墨纖維，并在其外面用塑料捆扎住，由于石墨纖維外表面的庫侖阻尼，使球拍在擊球后，以最快的時間穩(wěn)定下來。2.5振動在工程中的應用2有阻尼自由振動自由振動應用