第三章 吸振原理隔振原理78页PPT

吸振原理
• 非线性动力吸振器就是在动力吸振 器上使用非线性弹簧. • 与线性系统相比，在机器设备启动 或停止时，机器通过共振区时的振 幅有可能更小，从而实现对机器设 备的保护. • 但非线性动力吸振器的分析比较复 杂，一般只能利用各种近似方法和 数值计算来进行研究.
线性和非线性弹簧系统的固有频率与 振幅的典型关系.
s 2 2 M 2 / M 1 5
2
吸振原理
• 当吸振器无阻尼时，吸振后设备 的共振峰值为无穷大; • 当吸振器阻尼为无穷大时，吸振 后设备的共振峰值同样为无穷大; • 只有当吸振器阻尼为一定值时， 吸振后设备的共振峰值才不至于 无穷大. • 通过设计，可以找到一个最优的 阻尼值，使吸振后设备的共振峰 值最小.
吸振原理-复式动力吸振器
吸振原理
为了增加吸振频带宽度，可使用复式动力吸振器. M，K，C分别为设备的质量、刚度和阻尼，受到一个单频振动力的激励.为了 降低其响应:V的幅值，复式动力吸振器采用在其上附加两个弹性子系统(M，K1，C1) 和(M2，K2，C2)或多个弹性子系统的方法，分别吸收设备在不同频段的扰动能 量.系统中各质量块位移方程为
吸振原理
动力吸振器仅适用于控制设备在非常稳 定的窄带扰动下引起的振动，而且这一 激励频率就在原设备的共振频率附近;
若吸振器质量不够大，新构成系统的共 振频率和原设备的共振频率将相差不大， 则该共振系统很容易产生新的共振。这 是无阻尼动力吸振器的缺点.
吸振器工作时，设备的振动幅度与扰动 频率关系
吸振原理
吸振原理
在动力吸振器中引入一定的 阻尼，拓宽其吸振频带，避 免在其他频率的共振，因此 被称为宽带吸振器。
吸振原理
• 设备为M1，支撑在刚度为K1 ，阻尼为C1 的弹簧上，受到 一个单频振动力的激励，现欲降低其响应的幅值，可采 用在其上附加一个弹性系统(A2，K2，C2)的方法.系统中 各质量块位移方程为

隔振基本原理及应用
主要内容
隔振的基本原理 ω和ρ对隔振效果的影响 隔振器的设计 高频、低频隔振
一、隔振基本原理
刚性基座对力 是1比1的传递过去的。它对 力 F不起放大或减小的作用。
一、隔振基本原理
一、隔振基本原理
二、ω和ρ对隔振效果的影响
计当 时阻
尼 忽 略 不
二、ω和ρ对隔振效果的影响
当 阻 尼 不 可 忽 略 时
二、ω和ρ对隔振效果的影响
二、ω和ρ对隔振效果的影响
三、隔振器的设计
积极隔振
消极隔振
高频振动干扰的隔离（100Hz以上） 中频振动干扰的隔离（ 6Hz以上至100Hz之间） 低频振动干扰的隔离（ 5Hz以下）
三、隔振器的设计
三、隔振器的设计
当确定隔振系统的参数后，还应根据具体要求选好隔振系 统的结构形式。
的一种方案
四、高频/低频隔振
低频振动的隔离
ＴＨＡＮＫ ＹＯＵ！
尽量使系统的质量中心处在垂直平面的中心轴上(结构的 中心轴上)。
最好使系统的质量中心在水平位置上处于弹性元件的支承 水平面附近，以提高系统的横向稳定性。
四、高频/低频隔振
高频振动的隔离
高频干扰往往振幅较小而频率高，它常会引起弹性元 件的纵向弹性共振。
在发生纵向弹性共振的情况下,负荷的弹性元件本身 则变成一个有分布参数的线性振动系统。隔振系统除有集 中参数的线性振动系统的一个固有频率ω0外，还有其他共 振频率ωk，这就是弹性元件的纵向弹性固有振动频率。所 以在设计隔振系统时，除考虑到集中参数的线性振动规律 外，还应注意不使主要的干扰频率与隔振系统的纵向固有 弹性振动频率相同，从而保证整个隔振系统在干扰力的作 用下能获得良好的隔振效果。

断开传递构件嵌入一段轻质材料（或保留空隙），会形 成两个阻抗突变的界面，有效隔断固体声的传播；
两种材质的阻抗比越大、界面间的距离越大、 固体声的频率越高，隔断的效果越明显。
10.2 隔振原理
10.2.1 主动隔振：设备-基础
力传递率Tf：通过隔振装置传递到 基础上力Ff的幅值Ff0与作用在质量 m上激励力的幅值F0之比。
2.安装隔振器 固体声的频率越高，隔断的效果越明显。
f远高于f0时，增大设备基础质量，减小系统的振动； 动力吸振器：在振动构件的适当部位加装共振系统，吸收或抑制构件振动能量。 2 振动隔离（增加振动传递损失） 丁基橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚硫橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、聚氨酯、聚氯乙烯、环氧树脂（）
10.1.3 结构声的隔离
Chapter 10 隔振与阻尼减振
10.1 振动控制的基本途径 10.2 隔振原理 10.3 隔振元件 10.4 隔振设计 10.5 阻尼减振
在振动的传递路径 上采取措施减少振 动的传递
采取相应的措施使 振源受到抑制
10.1 振动控制的基本途径
10.1.1 振源控制 10.1.2 振动隔离 10.1.3 结构声的隔离
10. 3 隔振元件
橡胶隔振垫
10. 3 隔振元件
空 气 弹 簧
10. 3 隔振元件
柔性接管:材质有橡胶、金属、丝网、帆布和塑料等。
10. 4 隔振设计-金属弹簧隔振器
某风机重量4600N，转速1000r/min，由重量为 1300N的电机拖动（不计电机的激励力）。电 机与风机安装在重量为1000N的台座上，采用 钢螺旋弹簧隔振器4点支撑。要求隔振效率为 90%，试设计钢螺旋弹簧隔振器的相关参数。
2 两种材质的阻抗比越大、界面间的距离越大、 2E f 位 固移体传声递 的率 频T率：越通高过，隔隔振断装的置效传果递越到明机显器。上的振动位移幅p值mya0x与系统基础受到0外来振动影响产生的位移幅值yf0之比。

1~1 2.5 4.5
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14
阻尼的作用
在振动力 F的0 作用下，物体振动的垂向振幅
可由式（x 0 1－5）计算：
x0k[1(f/f0)2F ]2 042(f/f0)2
（1－5）
阻尼的作用在振动传递率曲线上看得很清楚，
在共振区内，阻尼可以抑制传递率的幅值，使物
体的振幅也不至于过大在非共振区，当 ＞
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3
积极隔振与消极隔振
一般采取以下措施来防止或减弱有害的机械 振动： • 消除或减小振源， • 切断及抑制从振源向外界的振动传递； • 防止振动物体或结构的共振。
中间一项就是振动隔离的问题。振动隔离的 目的是：防止机器设备的振动对建筑结构及环境 的影响；防止建筑结构或基础的振动对机器设备 的影响。前者为积极隔振，后者为消极隔振。
（1－4）
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11
振Байду номын сангаас传递率与隔振效率
从式(1—3)及(1—4)可以看出，振动传递率 T a 与频率比( f / )f及0 阻尼比（ ）有关，三者关系可画 成如图1—2所示的曲线
由图1—2可知：
• 当 f / f＝0 1时，传递率为极大，此时整个隔振系统 处于危险的共振状态；
• 当 f / f＝0 时2 ，传递率 T＝a 1，此时隔振系统无隔 振效果，但传递力也不放大；
• 当 f / f0＞ 2，传递率 T ＜a l，有一定的隔振效果，振 动传递率可按式(1—4)计算或从图1—2查出。
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12
图1－2 振动传递率曲线
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13
振动传递率与隔振效率
因此，要使隔振系统有效果，必须使 是f /说f0 ＞要获2得。满一意般的的隔处振理效方果法，是应取该为使2.5隔～振4.支5，承也系就 统的固有频率为振动力频率的 。

书：机械振动与噪声学赵玫，周海亭， 陈光冶，朱蓓丽科学出版社2004年9月第1版 2008年1月第三次印刷 P135隔振：就是在振源和设备或其他物体之间用弹性或阻尼装置连接，使振源产生的大部分能量由隔振装置吸收，以减小振源对设备的干扰。

分类：主动隔振（积极隔振） 被动隔振（消极隔振） 如图所示，其中：m —机器的质量k —弹性装置的刚度c （或h/ω）—弹性装置的阻尼当机器的振幅为0X 时，它传递到底座上的力有两部分：一部分通过弹簧传递到基础上，即弹簧力0kX ；另一部分是由阻尼器传到地基上的力，即阻尼力0X c ω（或0hX ）。

机器的受力分析和力矢量的关系如图所示，传递到地基上的力幅T F 是上述两力的矢量和。

()()()20202021ωζω+=+=kX X c kX F T由式（4-23）()()22200021/ωζωμ+-==kX kX F 代入上式得：()()()222202121ωζωωζ+-+=F F T 定义力传递率为：0F F ST==刚性支承传递的力幅幅通过弹性支承传递的力 则()()()222202121ωζωωζ+-+===F F S T刚性支承传递的力幅幅通过弹性支承传递的力当阻尼忽略不计时，0=ζ2011ω-==F F S T将上式画成力传递曲线，如下图所示，从图中可以看出：（1）当1<<ω时，1≈S ，当系统的固有频率远大于激励频率时，隔振效果几乎没有；（2）当2<ω时，1>S ，不但没有什么隔振效果，反而会将原来的振动放大；（3）当1=ω时，系统还要产生较大的共振振幅；（4）当2>ω时，1<S ，振动隔离才有可能。

F
振动隔振的基本方法
假设振动物体的质量为 m，弹簧的刚度为k，组 成一个m-k系统。
单自由度体系
隔振原理
m-k系统
m-k系统 自由振动
2 d 建立运动方程： m x +kx=0 dt 2
（1-1）
（1-2）
取方程的解的 形式为：
x(t)=Ge
st
取将式（1-2）代入式（1-1）中整理得：
s t 2 G e ( m s + k ) = 0 （1-3） 系统位移响应不为零，则方程（1-3）为： 2 （1-4） m s +k=0
2 2 G -2 G G 2 1 cost 2
2 2 F 0 G 2 G + G = 0 1 2 1 m
（4-5） （4-6） （4-7）
2 2 G 2 G G 0 2 1 2 =
引入式子：
=
F 1 2 0 G . 1= 2 代入式(4-6)得： 2 2 k 1 + 2
隔振原理
spring mass system
质量弹簧系统
隔振就是在振源与基础之间 安装的具有一定弹性的材料 或结构，使振源与基础之间 的近刚性连接转变为弹性连 接，以此来减弱振动沿固体 介质的传播，隔离或减少振 动能量的传递，达到减振降 噪的目的。
振动隔振的基本方法
F
积极隔振 消极隔振 （主动隔振） （被动隔振）
（4-2） 通解： 由于阻尼的存在，反应一般与荷载不同相 ( t ) = G s i n+c tG s t （4-3） 因此，设特解为： x 2 1 2o 将式(4-3)代入式(4-1)中，得：
F 0 + G s i n t + G c o s t = s i n t 1 2 m

Taຫໍສະໝຸດ 0 e0t（1－12）
由上可见，冲击传递率与系统的固有频率成正比，
也就是系统的固有频率越小，传递率越小；隔离
支承的阻尼是有一定作用的，阻尼越大、传递率 越小。
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22
消极的冲击隔离
消极的冲击隔离如图1—3b所示，基础的脉冲位移由式 (1—13)表达：
UU 0 (t)
(-t<t<0) (t<-t,0<t)
表1－1 振动传递率和隔振效率的关系
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10
振动传递率与隔振效率
对于小阻尼系统，例如钢弹簧的支承系
统，其振动传递率可用式（1－3）计算：
1 Ta ( f / f0)2 1
（1－3）
对于粘性阻尼系统，如橡胶隔振器支承
系统，其振动传递率可用式(1—4)计算：
Ta
142(f/f0)2 [1(f/f0)2]242(f/f0)2
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3
积极隔振与消极隔振
一般采取以下措施来防止或减弱有害的机械 振动：
▪ 消除或减小振源，
▪ 切断及抑制从振源向外界的振动传递；
▪ 防止振动物体或结构的共振。
中间一项就是振动隔离的问题。振动隔离的 目的是：防止机器设备的振动对建筑结构及环境 的影响；防止建筑结构或基础的振动对机器设备 的影响。前者为积极隔振，后者为消极隔振。
果，应该使隔振支承系统的固有频率为振
动力频率的 1 ~ 1 2.5 4.5
。
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14
阻尼的作用
在振动力 F0 的作用下，物体振动的垂向
振幅 x 0 可由式（1－5）计算：
x0k[1(f/f0)2F ]2 042(f/f0)2
（1－5）
阻尼的作用在振动传递率曲线上看得很

缺点是：制造陈本高，使用成本高。需要半年检查一次，气压小了就得补气纤维的弹性和空隙的压缩性，纤维内部的摩擦产生一定阻尼。
优点：隔振效果良好，防火、防腐蚀、施工方便、价格低廉，材料来源广、吸水性小。
Thank you !
c k
mm f m mf
mf m mf
F
其中： x1 x2 , mef
为系统的‘有效质量’
令激励力F F0eiwt，弹性元件的变形为 0ei ( t ) , 并考虑作用在基础上的力F k c
mf Ff
m mf mm f ( 2 k ) ic m mf
对固定物体进行隔振的典型动态模型及其变形共有四种。（单轴向隔振系统）
隔振器表示为一个弹性元件（刚度为k） 与粘性阻尼器的并联，粘性阻尼器是对 阻尼理想化以及便于对问题进行分析而 提出的，并非一个实际存在的元件。
隔振器的弹性元件将弹性（刚度为k） 和迟滞性能量耗散特性（材料阻尼） 组合在了一起。 这类材料有橡胶、金属丝网等。
缺点是： 自身静态位移小,不适用于较低的干扰频率机组和重量特别大的设备,耐高温性差,耐腐蚀性差,易老化。
二、隔振材料
2.3 空气弹簧隔震器
空气型减振器是目前隔振效率最高的隔振器，比弹簧的和橡胶的效果都要好
优点是：有较低的固有频率、较高的阻尼比（0.1-0.2）、承载范围宽，承载能力， 弹簧常数，工作高度彼此独立，系统固有频率几乎不变，较好的隔声和隔振。
例：降低路面不平度，减轻车轮所受的激励； 减小高层建筑迎风面积，降低风载。 隔振就是在振源体和减振体之间安装隔振装置， 以隔绝或减弱振动能量的传递。 减振体上附加特殊装置，依靠他和减振体间的作用 力吸收系统的动能，降低减振体的振动强度。

时间内作用的效果，可以把它
t t
f(t)
看成是 一系列冲量微元之和 。
t 时刻冲量微元 f ( )d
作用下系统的响应为 h(t ) f ( )d t
0
t
d
t
单自由度系统非定常响应
根据叠加原理， f(t)在0~t 时间段内作用下系统的响应为：
t
x(t) h(t ) f ( )d 0
其中
p k q p 1 2
m
c 1
2mp
代入初始条件，可以得到系统的单位脉冲响应函数
h(t )
1
mq
e pt
sin
qt
0
t 0 t0
h(t)是系统在零初始条件下，对 t=0时刻作用的单位冲量 所产生的响应。
单自由度系统非定常响应
类似的当 t 时刻作用一单位冲量，系统的响应将是
x(t)
u bt b 是常数。忽略阻尼，若仪器组件质量为 m
求发射时仪器组件相对于底板的位移和它的绝对加速度。
解： 设仪器相对于底板的位移为y,即
y x u 绝对加速度 x y u
系统的运动方程为 mx k(x u) 0
变换为相对坐标系为 y
1 mp
t
0
f
( ) sin
p(t
)d
my ky mu
h(t 0
)
t t
其中：
h(t ) 1 ep(t ) sin q(t ), t
mq
单自由度系统非定常响应
4.2 系统对任意激励力的响应
问题：如何由脉冲响应函数得出系统对应于任意力f(t)的
非定常响应？ 已知在 t 时刻作用一单位冲量，系统的响应将是
x(t)

声学基础隔振原理声学基础隔振原理是指通过减少振动源与受体之间的能量传递，来降低振动和噪声的传播。

隔振的主要目的是防止振动能量通过结构或介质传播到周围环境中，从而减少噪声和振动对人们生活和工作的干扰。

隔振原理基于以下几个方面：1. 弹性支撑：使用弹性材料，如橡胶、弹簧等，将振动源与基础结构隔开。

弹性支撑可以吸收和衰减振动能量，减少振动的传递。

2. 质量惯性：增加振动系统的质量可以降低其振动频率，使其与外部激励频率错开，从而减少共振的发生。

质量惯性大的物体对振动的响应较小。

3. 阻尼损耗：在振动系统中引入阻尼材料或机制，如阻尼器、减振垫等，可以将振动能量转化为热能等其他形式的能量消耗掉，进一步减少振动的幅度和持续时间。

4. 隔振器设计：隔振器是专门设计用于隔离振动的装置，它可以根据具体的振动特性和要求进行定制。

隔振器通常由弹性元件和阻尼元件组成，以实现最佳的隔振效果。

5. 结构隔声：通过合理的结构设计，如隔声墙、隔声罩等，减少声音的传播。

隔声结构可以阻挡声音的直接传播，降低噪声的辐射。

6. 声学材料应用：使用吸声材料和隔音材料，如吸音棉、隔音板等，吸收和散射声音能量，减少声音的反射和传播。

综上所述，声学基础隔振原理的核心是通过弹性支撑、质量惯性、阻尼损耗等手段，减少振动能量的传递和噪声的辐射。

这些原理在机械设备、建筑声学、交通运输等领域都有广泛的应用，对于提高生活质量、保护环境和保障人们的健康具有重要意义。

在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的隔振方法和材料，并进行合理的设计和安装，以达到良好的隔振效果。

同时，还需要考虑成本、空间限制和使用要求等因素，以实现经济、有效的隔振解决方案。

吸振原理-复式动力吸振器
吸振原理
为了增加吸振频带宽度，可使用复式动力吸振器. M，K，C分别为设备的质量、刚度和阻尼，受到一个单频振动力的激励.为了 降低其响应:V的幅值，复式动力吸振器采用在其上附加两个弹性子系统(M，K1，C1) 和(M2，K2，C2)或多个弹性子系统的方法，分别吸收设备在不同频段的扰动能 量.系统中各质量块位移方程为
K2 M 1M 2 3K1M 2 K1 , C2 3 M1 M 2 2 1 M 2 / M 1
吸振原理
• 设备质量M1为10kg，临界阻尼比 为1 C1 / 2 M1K1 0.001，刚度K1为10000N/m， 而欲降低的振动频率为5Hz(设备的共振频 率). • 扰动力幅值为1N，则设备的振动幅度为图 中一个尖峰的曲线.
0 2 2 2 2 2 4 2 2 [(1 ) (1 2(1 ) ] 2
2
• 从方程组(2)中的第一个方程可以看出，若ω=ωb，则
Y1 0, { Y2 Yst / ( K2 / K1 ) F / K2
吸振原理
， b 0 , b 0 , y1 , y2
吸振原理
Y1 Yst [1 (b )2 ]/{[1 (0 )2 K 2 / K1 ][1 (b ) 2 ] K 2 / K1} Y2 Yst /{[1 (0 )2 K 2 / K1 ][1 (b )2 ] K 2 / K1}
• 吸振器的质量M2为lkg，是设备质量的十分 之一，若设计吸振器的共振频率为扰动力 的频率，即5Hz，得吸振器在阻尼比 ζ2=0.001时，刚度K2为1000N/m.
• 此时，设备的振动幅值曲线为图中的有两 个尖峰的曲线.

Td 2 1
所以有： ( )2 1 1
n
Td
又因为 (n )2 g / s
则
s
g
2
(1 1 Td
)
由已知条件：
360* 2 12 rad / s Td 0.2
60
可得
s
9.8
(12 )2
(1
1) 0.2
0.0414 m
4.14cm
单自由度系统的定常强迫振动
Base Isolation Technique
(t )dt
1dt 1 ＝1
由此可得
lim
0
(t
)
(t
)
单位脉冲响应:零初始条件下,系统对单位冲量产生的瞬态响应。
单自由度系统非定常响应
函数具有如下的重要性质和功能：
（1）筛选性
积分中值定理
(t ) f (t)dt lim 1/ f (t)dt lim 1/ f ( ) f ( )
传到基础上的力幅与机器上作用的简谐力幅之比称为力传递率：
FT F0
1 (2 )2
X
(1 2)2 (2 )2 Y T
可见力隔振与运动隔 振的原理是统一的。
单自由度系统的定常强迫振动
三.反馈控制隔振
1/s k2 m
F (k1x& k2&x&) m&x& k(x xg ) F
k1
4
0
0.1
时间内作用的效果，可以把它
t t
f(t)
看成是 一系列冲量微元之和 。
t 时刻冲量微元 f ( )d
作用下系统的响应为 h(t ) f ( )d t
0
t
d

目录题目要求：简要叙述隔振原理，力的传递和隔振，基底振动的隔离；关于隔振算例的编程并附上编程解释；以算例做样本，简单介绍GUI控件的应用。

第一节简述隔振的原理1.1 隔振的含义1.2 建筑结构抗震设计的方法1.3 隔振原理及系统组成1.3.1隔振原理1.3.2 隔振系统的组成第二节工程中的隔振(震)2.1 力的传递和隔振2.2 基底隔振2.3 算例第三节算例的编程3.1 GUI控件介绍3.2 matlab操作步骤3.3 编程程序的简要讲述第四节结束语第一节简述隔振的原理1.1 隔振的含义人们常说的“隔振”可以统称为减震。

简单的说，抗震以“抗”为主，以“刚”为主，要提高整体刚变，要刚度均匀，避免若层。

减震以“放”为主，以柔为主，改变结构刚度，设置耗能、吸能装置。

其中结构减震的理论和方法比较先进，减震设计无规范可循，需要开发。

1.2 建筑结构抗震设计的方法目前世界各国普遍采用的抗震设计方法都是既考虑强度，又考虑变形能力和能量耗散能力。

在进行结构抗震设计时，适当控制结构的强度和刚度，使结构在大地震作用下进入非弹性状态时具有较好的延性，以便耗散输入结构的地震能量。

这种抗震设计方法在很多情况下都是有效的。

与其靠结构本身的强度、变形能力和能量耗散能力来抗御水平地震作用，不如人为地在结构中布置一些耗能装置，但这类耗能装置只能在结构能产生大变形时才有效。

为适应这种需要，基地隔振方法应运而生。

建筑物基地隔振是结构物地面以上部分的底部设置隔震层，使之与固结于地基中的基础顶面分离开。

目前采用的底部隔振主要用于隔离水平向的地面运动。

隔振层的水平刚度显著低于上部结构的侧向刚度才能收到隔振效果。

基地隔振方法与传统的抗震设计方法相比，有很大的优越性，它用基地隔振系统来减少地震作用，并耗散地震能量，而不特别要求结构本身有较大的变形能力和能量耗散能力。

1.3 隔振原理及系统组成1.3.1隔振原理随着大量强震记录的获得，计算分析等手段不断进展，对建筑物的地震反应也有了不同层次的影响，主要因素有：(1)结构物的基本周期；(2)阻尼比。