第十章．阻尼减振降噪技术
A、教学目的
1.隔振及其原理(C：理解)
2.阻尼降噪及其原理(C：理解)
3.阻尼降噪的量度(B：识记)
4.阻尼材料和结构的特性及选用(B：识记)
B、教学重点隔振原理、阻尼降噪原理及其量度、阻尼材料和结构的特性及选用。
C、教学难点
阻尼降噪原理及其量度、阻尼材料和结构的特性及选用。
D、教学用具
多媒体——幻灯片
E、教学方法
讲授法
F、课时安排
2课时
G、教学过程
声波起源于物体的振动，物体的振动除了向周围空间辐射在空气中传播的声(称”空气声”)外，还通过其相连的固体结构传播声波，简称“固体声”，固体声在传播的过程中又会向周围空气辐射噪声，特别是当引起物体共振时，会辐射很强的噪声。
振动除了产生噪声干扰人的生活、学习和健康外，特别是1~100Hz的低频振动，直接对人有影响。长期暴露于强振动环境中，人的机体将受到损害，机械设备或建筑结构也会受到破坏。
对于振动的控制应从以下两方面采取措施：一是对振动源进行改进以减弱振动强度；二是在振动传播路径上采取隔振措施，或用阻尼材料消耗振动的能量并减弱振动向空间的辐射。从而，直接或间接地使噪声降低。
一. 振动对人体的危害
从物理学和生理学角度看，人体是一个复杂系统。如果把人看作一个机械系统。
振动的干扰对人、建筑物及设备都会带来直接的危害。振动对人体的影响可分为全身振动和局部振动：全身振动是指人直接位于振动体上时所受的振动；局部振动是指手持振动物体时引起的人体局部振动。可听声的频率范围为20～20000 Hz，而人能感觉到的振动频率范围为1～100 Hz。振动按频率范围分为低频振动(30Hz以下)、中频振动(30-100Hz)和高频振动(100 Hz以上)。
实验表明人对频率为2—12 Hz的振动感觉最敏感。对于人体最有害的振动频率是与人体某些器官固有频率相吻合(即共振)的频率。这些固有频率是：人体在6 Hz附近；内脏器官在8Hz附近；头部在25 Hz；神经中枢则在250Hz左右。低于2Hz的次声振动甚至有可能引起人的死亡。人对振动反应的敏感度按频率和振幅大小，大致分为6个等级，见图10-1。(P203)
振动的影响是多方面的，它损害或影响振动作业工人的身心健康和工作效率，干扰居民的正常生活，还影响或损害建筑物、精密仪群和设备等。根据人体对某种振动刺激的主观感觉和生理反应的各项物理量，国际标准化组织(ISO)和一些国家推荐提出了不少标准，主要包括局部振动标准(ISO5349-1981, P203)、整体振动标准(ISO2631-1978, P204)和环境振动标准(GB10070-88, P205)。
局部振动标准(ISO5349-1981):如人的手所感受的振动。
整体振动标准(ISO2631-1978):振动对人体的作用取决于：振动强度、频率、方向、暴露时间4个因素。
环境振动标准(GB10070-88):主要针对各种机械设备、交通运输工具和施工机械所产生的振动，以及城市区域环境振动污染。
二. 阻尼材料及其阻尼性能评价指标
衡量阻尼材料的阻尼性能主要是根据阻尼材料的损耗因子、振动频率、振幅三要素。
其中，又以阻尼材料的损耗因子作为一般比较对比的主要因素：目前表征材料阻尼性能的参量较多，其中还有玻璃化转变温度Tg，Tg是否与使用环境温度相适应是选择阻尼材料的关键。最常使用的度量参量比阻尼能力 、相位差角正切tan 、对数衰减率 和品质因子的倒数１／Q等；常用阻尼性能的表征参量有(阻尼材料损耗因子 )复合结构损耗因子η(即单位弧度的阻尼容量：为每单位弧度的相位变化的时间内，内损耗的能量与系统的最大弹性势能之比。)、阻尼比 以及损失能量与存储能量之比M2／M1 ；这些参量在一定条件下可以相互转换，当阻尼值较小，即tan <0.1时， /2 ＝ ＝tan = / = Q-1=η=2 = M2／M1
①粘性阻尼系数C
即阻尼力与振动速度之比。
②临界阻尼系数C C
即共振时所能容许的最大粘性阻尼系数。
③阻尼比ξ=C/C C
阻尼系数C与临界阻尼系数C C之比。
④阻尼容量ψ
即每振动一个周期所损失的能量与系统的最大弹性势能之比。
三. 隔振及其原理
研究环境振动防治前，必须先弄清环境振动的传播途径和规律，才能制定的防治对策和控制方法。下图(P206)为环境振动的传播过程。
在环境保护中遇到的振动源主要有：工厂振源(往复旋转机械、传动轴、电磁振动等)，交通振源(汽车、机车、路轨、路面、飞机、气流等)，建筑工地(打桩、搅拌、风镐、压路机等)以及大地脉动及地震等；传递介质主要有：地基地坪、建筑物、空气、水、道路、构件设备等；接受者除人群外，还包括建筑物及仪器设备等。
振动控制的基本方法
根据振动的性质及其传播的途径，振动的控制方法可归纳为三类：
①减少振动源的扰动
振动的主要来源是振动源本身的不平衡力引起的对设备的激励。减少或消除振动源本身的不平衡力(即激励力)，从振动源来控制，改进振动设备的设计和提高制造加工装配精度，使其振动最小．是最有效的控制方法。例如，鼓风机、高压水泵、蒸汽轮机、燃气轮机等旋转机械，大多属高速旋转类，每分钟在于转U上，其微小的质量偏心或安装间隙的不均匀常带来严重的危害。为此，应尽可能调好其静、动平衡，提高其制造质量，严格控制安装间隙，以减少其离心偏心惯性力的产生。性能差的风机往往是动平衡不佳，不仅振动厉害，还伴有强烈的噪声。
②防止共振
振动机械激励力的振动频率．若与设备的固有频率一致，就会引起共振，使设备振动得更厉害。起了放大作用，其放大倍数可有几倍到几十倍。共振带来的破坏和危害是十分严重的。本工机械中的锯、刨加工，不仅有强烈的振动，而且常伴随壳体等共振，产生的抖动使人难以承受，操作者的手会感到麻木。高速行驶的载重卡车、铁路机车等，往往使较近的居民楼房等产生共振，在某种频率下，会发生楼面晃动，玻璃窜强烈抖动等。历史上赞发生过几次严重的共振事故，如美国Tacoma峡谷悬索吊桥，长853 m，宽12 m左右，1940年固风灾(8级大风)袭击，发生了当时难以理解的振动．引起共振，历时1h，使笨重的钢桥翻腾扭曲，量后在可怕的断裂声中整个吊桥彻底毁坏。
因此，防止和减少共振响应是振动控制的一个重要方面。控制共振的主要方法有：改变设施的结构和总体尺寸或采用局部加强法等，以改变机械结构的固有频率；改变机器的转速或改换机型等以改变振动源的扰动频率；将振动源安装在非刚性的基础上以降低共振响应；
