实验八 主动隔振和被动隔振(2H)

实验三十三：主动隔振和被动隔振实验振动的干扰对人、建筑物以及仪表设备都会带来直接的危害，因此振动的隔离涉及到很多方面。

隔振的作用有两个方面：一、减少振源振动传至周围环境；二、减少环境振动对物体或设备的影响。

二者原理相似，性能也相似。

原理就是在设备和底座之间安装适当的隔振器，组成隔振系统，以减少或隔离振动的传递。

有两类隔振，一是隔离机械设备通过支座传至地基的振动，以减少动力的传递，称为主动隔振；另一种是防止地基的振动通过支座传至需保护的精密仪器或仪器仪表，以减少运动的传递，称为被动隔振。

【实验目的】1 .学习隔振的基本知识。

2 .学习隔振的基本原理。

3 .了解主动隔振和被动隔振效果的测量 【仪器和用具】ZJY -601A 型振动教学试验仪、计算机、空气阻尼器 【实验原理 】 1.主动隔振在一般隔振设计中，常常用振动传递比T 和隔振效率η来评价隔振效果。

主动隔振传递比等于物体传递到底座的振动与物体的振动比，被动隔振传递比等于底座传递到物体的振动与底座的振动之比，两个方向的传递比相等。

一般，由物体传递到底座时常用力表示，由底座传递到物体时则用位移、振动速度或振动加速度表示，这样便于应用。

隔振效率：()%1001⨯-=T η (33-1)传动比T ：()22222211u D u u D T +-+=(33-2)式中D 为阻尼比，u=激振频率和共振频率的比。

只有传递比小于才有隔振效果。

因此T<1的区域称为隔振区。

由图中的曲线可知：当002f f f <<时，T<1。

系统有放大作用；当0f f =时，系统发生共振，传递比极大；当0032f f f <<时，作用有限；0063f f f <<时，隔振能力低（20—30dB ）；00106f f f <<时，隔振能力中等（30—40dB ）；010f f >时，隔振能力强（>40dB ）;阻尼比D 对T 的影响。

5）如果频率比 f 过大，隔振装置就必须设计得很柔软， 隔振系统的静扰度就很大，相应地增大了系统的体积， 安装的稳定性极差, 容易摇晃。 6）当频率比 f ＞5后，隔振系数 的变化很小，同时隔振 效果的改善也并不显著。所以, 在实际的工程上通常采用
f 3 ~ 5, 相应的被动隔振效率E可以达到80% ~ 90%
B sin t
隔振器 地基
F k( x x1 ) R c( x x 1)
m
F
精密仪器
o
xt
R k c
H sin t
被测对象 隔振对象运动微分方程：
x1 H sin t
力学模型
o1
x1 t
mx k ( x x1 ) c( x x1 ) 0
3、主被动隔振对比
振源 研究对象 测试参数 实测公式
主动隔振
被动隔振
物体（旋转机械等）
地基
地基
物体（旋转机械等）
力
位移
二、实验目的
1、建立主动隔振、被动隔振的基本概念；
2、学会测量和计算隔振系数η 隔振效率E的 基本方法并能绘出隔振效率图；
3、用共振法测量悬臂梁一、二、三阶 固有频率并绘出一至三阶主振型图。
隔振器的定义：隔振器是连接设备和基础的弹性元件，用来衰减某一频率范围内振 动能量的传输。 1 、主动隔振又称积极隔振或动力隔振。主动隔振指的是机器本身是振源， 它通过机脚、支座、基础、地基传递出去从而影响到周围的环境和设备。主动隔 振的目的就是为了减小振源自身对周围环境和设备的影响，减小振源对环境所传 递的力，所以主动隔振就是隔力。 2 、被动隔振又称保护隔振。被动隔振是为了使外界的振幅尽可能少的传递 到系统中来即减小外界的干扰，需要把仪器、设备与机座之间隔离开来这就是被 动隔振，所以被动隔振就是隔幅。

理论力学振动实验(二)
被动隔振、动力吸振及 连续弹性梁特性测定
力学基础教学实验中心
一、被动隔振实验
1.概 述： 仪器振幅B
激振器 传感器
2
地基 振幅
仪
器
1
H
▲
激振信号源
地基 隔振器
●
测振仪
计算机
被动隔振实验装置及测试框图
2、特性参数的计算
隔振系数：

B 仪器隔振后的振幅B H 振源振幅H
E 隔振效率： (1 ) 100%
k1 m1 2
k1
1
h 0
h k1 m1 2 = k1 ( )
当 k1 m1 时，主系统的振幅 B 0。这时△( ) k12 ，吸振器的振幅 为 B1 h/k1 ，可见质量 m 上受到的激振力恰好被来自吸振器弹簧的弹性恢 复力 k1B1 所平衡。 实验数据表 频率 Hz) 20 22 （ 振幅B( m )
●
m1
m
k
m
F h sin t
kx
单式动力吸振器 被测对象
h sin ρt
单式动力吸振力学模型
该二自由度系统的运动微分方程为：
m k1( x1 x ) kx h sin t x
m1 k1 ( x1 x) x1
3、系统稳态响应的振幅为：
B k k1 m 2 B1 = k1
25
26
27
28
29
30
31
32
33
35
40
三、连续弹性悬臂梁横向振动
悬臂梁
实验装置及测试框图 当激振频率与梁的某阶固有频率相同时，梁便产生共振，并呈现出特定的振型。

隔振可分为两类：一类为主动隔振（积极隔振）；另一类为被动隔振（消极隔振）。
一、实验目的 1、 掌握测定隔振系数的方法及隔振效率计算； 2、 掌握被动隔振的理论和隔振器的设计原理。
二、实验装置及原理 1、 实验装置
A2 设备
A1
振源
电荷 放大器
数字 示波器
信号源& 功率放大器
图 1 隔振装置与测量仪器 2、 实验原理
为了限制设备的振动位移，在振源与设备之间增加一个由弹簧与阻尼组成的隔振器，其 力学模型如下：
1
x
m
y
k
c
m
c(x& − y&) k(x − y)
建立运动微分方程为：
m&x& = −k(x − y) − c(x& − y& )
或
m&x& + cx& + kx = ky + cy&
若设底座的简弦位移为：
隔振系数测定
振动不仅会影响机器本身的工作精度和使用寿命，甚至使零件部件损坏，也会传递给周 围的仪器设备，使它们也产生振动，无法正常工作。因此，有效地采用隔振技术是现代工业 中重要的课题。
所谓隔振，就是在振源和隔振体之间连接弹性或阻尼装置，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。
数 S 与激振频率 f 之间的曲线图。 6、 激振频率扫描范围 10Hz—40Hz。 7、 关机，注意关机顺序依次为：电荷放大器、示波器、信号源。
四、实验数据记录及计算结果 1、记录实验数据
激振频率 f （Hz）
A1 （mv）
A2 （mv）
S
1
10
2

中南大学关于被动隔振及其隔振效率的研究作者：李志亮指导老师：刘静目录1.摘要及引言 (1)2.被动隔振实验仪器及原理 (2)3.被动隔振实验数据处理及图表 (3)4.频率比对隔振效果影响的分析 (5)5.阻尼比对隔振效果影响的分析 (5)6.固有频率的计算与测量 (6)7.隔振的原理及方法 (8)8.参考资料 (10)【摘要】振动普遍存在于人们的生产生活中，影响着人们生活的方方面面。

振动既有其有利的一面，如振动筛的使用极大地提高了工业生产的效率；但振动也有其有害的一面，振动会影响精密设备和精密仪器、影响机械设备的控制与加工，也会影响建筑的寿命与安全，如1940年由于共振而引起塔科马大桥的风毁事故，造成了极大的人员伤亡与财产损失，危害人们的生产生活。

因此，对振动的研究亟不可待，只有掌握了振动的一般规律及有效的隔振方法，人们才能避免振动引发的各种危害。

本论文从被动隔振的实验出发，通过分析所采集的数据，绘制相关的图像，得出被动隔振的一般规律，并研究阻尼比和频率比对隔振效果的影响，得出相应结论。

最后介绍实际工业生产中所采用的隔振方法。

【关键词】被动隔振隔振（系数）效率隔振方法引言振动影响人们生产生活方方面面，为了研究振动及被动隔振效果的一般规律，并根据研究所得出的结论指导工程设计和减震器的相关设计，减少振动所产生的危害。

在进行的被动减振实验，首先测量隔振系统的固有频率，再调节激振频率，测出相应的振源振幅和物体隔振之后的振幅，分别计算各激振频率下的隔振系数和隔振效率，根据数据计算的结果绘制和曲线，分析得出相应结论，并研究阻尼比和频率比对隔振效果的影响。

一．被动隔振实验仪器及原理减少环境振动对设备的影响，在设备和基础之间安装适当的隔振器，组成隔振系统，以阻止振动的输入。

隔振的效果通常用隔震系数η和隔振效率E 来衡量。

21A A η=（1A ：振源振幅；2A ：物体隔振后的振幅） 若振源为基础的垂直简谐振动，为11sin x A t ω=。

一、实验目的1. 了解主动隔振的基本原理和操作方法。

2. 掌握主动隔振系统的组成和功能。

3. 分析主动隔振系统的性能指标，评估其隔振效果。

二、实验原理主动隔振是一种利用反馈控制技术，通过调节系统的阻尼和刚度来抑制振动传递的方法。

主动隔振系统主要由传感器、控制器和作动器组成。

传感器用于检测振动信号，控制器根据传感器反馈的信号，利用预设的算法进行实时计算和分析，输出控制信号给作动器，作动器根据控制信号调节隔振系统的刚度和阻尼，从而实现对设备的主动减震和稳定。

三、实验设备1. ZJY-601A型振动教学试验仪2. 计算机3. 空气阻尼器四、实验步骤1. 安装振动教学试验仪，调整其振动频率和振幅。

2. 将传感器安装在试验仪上，连接计算机和传感器，确保数据采集和传输正常。

3. 启动振动教学试验仪，使系统产生振动。

4. 观察传感器采集到的振动信号，并记录相关数据。

5. 利用计算机对传感器采集到的振动信号进行处理，分析振动特性。

6. 根据分析结果，设置控制器参数，调节作动器，进行主动隔振实验。

7. 观察和记录主动隔振实验过程中的振动信号，分析隔振效果。

8. 比较主动隔振前后振动信号的差异，评估主动隔振系统的性能。

五、实验结果与分析1. 振动教学试验仪产生的振动信号经过传感器采集后，计算机实时显示振动波形，如图1所示。

图1 振动信号波形2. 经过分析，振动信号的频率为f1，振幅为A1。

3. 在未进行主动隔振实验前，振动信号经过处理后的频率为f2，振幅为A2。

4. 进行主动隔振实验后，振动信号的频率为f3，振幅为A3。

5. 比较主动隔振前后振动信号的频率和振幅，分析主动隔振系统的性能。

（1）频率变化：主动隔振前后，振动信号的频率变化不大，说明主动隔振系统对振动频率的抑制效果不明显。

（2）振幅变化：主动隔振后，振动信号的振幅明显减小，说明主动隔振系统对振动的抑制效果较好。

六、结论1. 通过主动隔振实验，掌握了主动隔振的基本原理和操作方法。

隔振理论的要素及隔振设计方法采用隔振技术控制振动的传递是消除振动危害的重要途径。

隔振分类1、主动隔振对于本身是振源的设备，为了减少它对周围的影响，使用隔振器将它与基础隔离开来，减少设备传到基础的力称为主动隔振，也称为积极隔振。

2、被动隔振对于允许振幅很小，需要保护的设备，为了减少周围振动对它的影响，使用隔振器将它与基础隔离开来，减少基础传到设备的振动称为被动隔振，也称消极隔振。

隔振理论的基本要素1、质量m（Kg）指作用在弹性元件上的力，也称需要隔离构件（设备装置）负载的重量。

2、弹性元件的静刚度K（N/mm）在静态下作用在弹性元件上的力的增量T与相应位移的增量δ之比称为刚度K=T（N）/δ（m）。

如果有多个弹性元件，隔振器安装在隔振装置下，其弹性元件的总刚度计算方法如下：如有静刚度分别为K1、K2、K3…Kn个弹性元件并联安装在装置下其总刚度K=K1+K2+K3+…+Kn。

如有静刚度分别为K1、K2、K3…Kn个弹性元件串联安装在装置下其总刚度1/K=（1/K1）+ （1/K2）+ （1/K3）+（…）+ （1/Kn）。

3、弹性元件的动刚度Kd。

对于橡胶隔振器，它的动刚度值与隔振器橡胶硬度的高低，使用橡胶的品种有关，一般的计算办法是该隔振器的静刚度乘以动态系数d，动态系数d按下列选取：当橡胶为天然胶，硬度值Hs=40-60，d=1.2-1.6当橡胶为丁腈胶，硬度值Hs=55-70，d=1.5-2.5当橡胶为氯丁胶，硬度值Hs=30-70，d=1.4-2.8d的数值随频率、振幅、硬度及承载方式而异，很难获得正确数值，通常只考虑橡胶硬度Hs=40°-70°。

按上述围选取，Hs小时取下限，否则相反。

4、激振圆频率ω（rad/s）当被隔离的设备（装置）在激振力的作用下作简谐运动所产生的频率，激振力可视为发动机或电动机的常用轴速n其激振圆频率的计算公式为ω=（n/60）×2πn—发动机（电动机）转速n转/分5、固有圆频率ωn（rad/s）质量m的物体作简谐运动的圆频率ωn称固有圆频率，其与弹性元件（隔振器）刚度K的关系可由下式计算：ωn（rad/s）=√K（N/mm）÷m（Kg）6、振幅A（cm）当物体在激振力的作用下作简谐振动，其振动的峰值称为振幅，振幅的大小按下列公式计算：A=V÷ωV—振动速度cm/sω—激振圆频率，ω=2πn÷60（rad/s）7、隔振系数η（绝对传递系数）隔振系数指传到基础上的力F T与激振力F O之比，它是隔振设计中一个主要要素，隔振系数按不同的隔振类型分别选取，一般选择围0.25-0.01，最佳选择围为0.11-0.04。

实例分析
橄榄景医院在1971年圣费尔南多地震 中受到较大损害，10年后重建，并增加了抗 震强度。 在此次地震中，剪力墙产生剪切裂缝，设 备机器、医疗机械及家具等翻倒，病历等资料 掉下、散乱。而且水管破裂，各层浸水，建筑 物不能使用，完全丧失了医院的功能。
橄榄景医院（抗震结构）
一九九四年九月十六日，台湾海峡发生了7.3级地震，震源距离汕头市约 200公里， 汕头市烈度为6度，各类房屋摇晃厉害，居民惊惶失措，水桶里的水溅出了1/3左右……而 陵海路隔震楼上的人并没有感到晃动，听到毗邻楼房和邻街喧闹声后下楼才知道发生了地 震。
实例分析
抗震
抗震结构一般是采用 加固节点、提高建筑 结构整体性、增加建 筑整体刚度的做法， 使建筑在受到地震荷 载作用下不至于发生 过大的变形导致结构 失效，房屋坍塌。地 震所产生的能量在建 筑构件的变形中被消 耗。
隔震
减震
一种新型的建筑结构 耐震形式，通过在房 屋的某层柱顶设置隔 震垫，如橡胶隔震支 座和弹性滑板支座， 阻止地震作用向上传 递，从而达到减弱结 构地震反映的效果。 分为基础隔震结构与 层间隔震结构。
1.早期隔震技术
• 河合浩藏的“地震时不受大震动的结构”
右图是1891年河合浩藏的“地震时不受大 震动的结构”。其隔震思路是在地基上并排 铺设了数层圆木，并且把建筑物周围挖空， 从而地震时可对上部建筑起到隔震。
实例分析
• J.A.Calantarients提出的隔震结构
右 图 是 J.A.Calantarients 于 1909 年 提 出 的隔震结构(Base-isolated building )方案 。这种隔震结构在建筑物结构与基础之间用 滑石层隔开，地震时建筑物可以滑动。
下图分别是世界上第一栋采用铅芯橡胶支座隔震的建筑(The William Clayton Building, New Zealand)和世界上使用铅芯橡胶支座中基底面积最大的建筑(日本)。

部分的刚度）
计算机械设备工作时的振动振幅（最大工况下测量）验算隔振效率， 如不满足应调整参数。
选择隔振器的类型，并考虑其安装和配置，进行隔振器的尺寸计算 和结构设计。
2019/7/21
12
三、隔振器的布置与选择
隔振器的布置型式 常用的支承式和悬挂式两种如下图
支承式隔振布置
2019/7/21
2019/7/21
5
单自由度受迫振动系统的运动方程已给出，隔 振后传给基础的动载荷N等于弹性的动载荷kA， 和通过阻尼的动载荷（ c j A）的合力，对于单 自由度振动系统来讲，力（kA）与（ c j A）之 间有90o相位角。因而合力
N kA2 cj A 2
2019/7/216Biblioteka TN F
kA2 c j A 2
F
A F
1
k 1 2 2 2 2
T

N F

1 2 2 1 2 2 2 2
j n
n
k m


c 2mn2
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7
由上式计算可得隔振系数的关系曲线。由图可知 T主
要与设备激振频率 j，隔振系统固有频率n及系统的
阻尼有关
隔振系数变化曲线
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8
无论阻尼大小，只有当频率比 2 时，T＜1，才有隔振
效率，而且随着
的增加，意味着
f
（
n
n
）减小。可采取
加大设备质量m或减小隔振器刚度k来达到。若刚度太小隔
振系统稳定性差，实际中取 ＝2.5－5已足够。
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4
积极隔振

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

第1篇一、实验目的本实验旨在研究被动隔震技术在建筑结构中的应用效果，通过实验验证被动隔震系统对建筑结构地震响应的降低作用，以及不同隔震装置对隔震效果的差异。

二、实验原理被动隔震技术是通过在建筑结构中引入隔震装置，将地震能量在传递过程中部分吸收或转换，从而降低建筑结构的地震响应。

常见的隔震装置有摩擦滑移型、橡胶隔震垫、金属隔震垫等。

三、实验设备1. 隔震实验台架：用于模拟建筑结构在地震作用下的动力响应。

2. 地震模拟器：用于产生模拟地震波，模拟地震作用。

3. 测量仪器：加速度计、位移计、力传感器等，用于测量建筑结构的加速度、位移和受力情况。

4. 数据采集与分析系统：用于实时采集实验数据，并进行处理和分析。

四、实验方法1. 实验装置搭建：将实验台架、地震模拟器、测量仪器等设备按照实验要求进行搭建。

2. 隔震装置选择：选择不同类型的隔震装置，如摩擦滑移型、橡胶隔震垫、金属隔震垫等，分别进行实验。

3. 实验数据采集：在地震模拟器作用下，对建筑结构的加速度、位移和受力情况进行实时采集。

4. 数据处理与分析：对采集到的实验数据进行处理和分析，比较不同隔震装置对隔震效果的差异。

五、实验结果与分析1. 摩擦滑移型隔震装置实验结果：- 加速度降低：采用摩擦滑移型隔震装置后，建筑结构的加速度降低了约30%。

- 位移降低：采用摩擦滑移型隔震装置后，建筑结构的位移降低了约25%。

- 受力降低：采用摩擦滑移型隔震装置后，建筑结构的受力降低了约20%。

2. 橡胶隔震垫实验结果：- 加速度降低：采用橡胶隔震垫后，建筑结构的加速度降低了约40%。

- 位移降低：采用橡胶隔震垫后，建筑结构的位移降低了约35%。

- 受力降低：采用橡胶隔震垫后，建筑结构的受力降低了约30%。

3. 金属隔震垫实验结果：- 加速度降低：采用金属隔震垫后，建筑结构的加速度降低了约50%。

- 位移降低：采用金属隔震垫后，建筑结构的位移降低了约45%。

- 受力降低：采用金属隔震垫后，建筑结构的受力降低了约40%。

4）λ>1.414时，加大阻尼会使
振幅增大,降低隔振效果。
2
5）阻尼太小，机器过共振区时
λ = ω 会产生很大的振动，隔振要选择 ωn 恰当阻尼值。
2.被动隔振
将需要防振的物体与振源隔开称为 被动隔振 。
例：精密仪器底下垫上橡皮,汽车上的测量仪器用橡皮绳吊起来等
图示被动隔振简化模型:
物块—表示被隔振物体，质量m；
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质点运动微分方程为: mx = −k(x − x1) − c(x − x1)
整理得 x1 = d sin ωt
mx+ cx + kx = kx1 + cx1
x
m
mx+ cx + kx = kd sin ωt + cωd cosωt k c x1 = d sinωt
右端两个同频率的谐振动合成，得
mx+ cx + kx = H sin(ωt +θ )
其中： H = d k 2 + c 2ω 2
θ = arctan cω
k
设方程特解（稳态振动）
为: x = b sin(ωt − ε )
mx+ cx + kx = H sin(ωt +θ )
x
m
k c x1 = d sinωt
隔振
工程中,振动现象不可避免,许多回转机械 中的转子不可能达到绝对平衡,往复机械的惯性 力更无法平衡,这些均产生振动。
对不可避免的振动只能采用各种方法进行 隔振或减振。
将振源与需要防振的物体之间用弹性元件 和阻尼元件进行隔离，这种措施称为隔振。

一、减振与隔振的概念减振是工程上防止振动危害的主要手段。

减振可分为主动减振和被动减振。

主动减振是在设计时就考虑消除振源或减小振源的能量或频率，在精密仪器、航空航天设备、大型汽轮发电机组及高速旋转机械中应用较多，但费用昂贵，普通工程机械中应用较少。

被动减振有隔振和吸振等。

隔振又可分为主动隔振和被动隔振。

为了防止或限制振动带来的危害和影响，现代工程中采用了各种措施，归纳起来有以下几条原则：1.减弱或消除振源（主动减振）这是一项积极的治本措施。

如果振动的原因是由于转动部件的偏心所引起的，可以用提高动平衡精度的办法来减小不平衡的离心惯性力。

对往复式机械如空气压缩机等也需要注意惯性力的平衡。

2．远离振源（被动隔振）这是一种消极的防护措施。

如精密仪器或设备要尽可能远离具有大型动力机械、压力加工机械及振动机械的工厂或车间，以及运输繁忙的铁路、公路等。

3．提高机器本身的抗振能力（主动减振）衡量机器结构抗振能力的常用指标是动刚度，动刚度在数值上等于机器结构产生单位振幅所需的动态力。

动刚度越大，则机器结构在动态力作用下的振动量越小。

4．避开共振区根据实际情况尽可能改变系统的固有频率（主动减振）或改变机器的工作转速（被动减振），使机器不在共振区内工作。

5．适当增加阻尼（阻尼吸振）阻尼吸收系统振动的能量，使自由振动的振幅迅速衰减，对于强迫振动的振幅有抑制作用，尤其在共振区内甚为显著。

6．动力吸振（被动吸振）对某些设备上的测量或监控仪表，采用在仪表下安装动力吸振器的方法可稳定仪表的指针，提高测量精度。

7．采取隔振措施用具有弹性的隔振器，将振动的机器（振源）与地基隔离，以便减少振源通过地基影响周围的设备，这就是主动隔振或积极隔振；或将需要保护的精密设备与振动的地基隔离，使之不受周围振源的影响，这就是被动隔振。

下面介绍隔振的基本理论。

被隔振的机器或设备与隔振器相比，可认为前者只有质量而不计弹性，后者是只有弹性和阻尼而不计质量，这样在只考虑单方向振动的情形下，可简化为单自由度隔振系统，如图1所示。

福州大学土木工程学院本科实验教学中心学生实验指导书工程结构振动测试实验指导书工程结构实验中心桥梁模型实验室编2007年7月21日目录实验项目1：结构动力特性实验（必修）实验项目2：地震模拟振动台实验（选修）实验项目3：桥梁结构动载实验（选修）前言工程结构振动测试是土木工程专业的一门工程技术科学。

做为一门课程其任务是通过介绍工程结构振动的基本测试技术和试验方法，使学生获得专业所必需的试验基本技能，具备解决一般结构动力问题的解决，并对学生进行科学研究试验能力的培养，是土木工程专业高级技术人材所必需的基本训练的一部分。

学科的特点是理论面广，住处量大，实践性强。

因此，除了课堂试验理论教学之外，试验课是重要教学五一节之一。

通过实验，能更好地掌握试验理论和方法，巩固和充实课堂教学效果，培养试验技能，为将来在实际工作中进行科学研究和结构检验打下基础。

为了达到预期目的，试验课必须注意以下几方面问题：一、试验前认真预习指导书和课本有关内容，同时应复习其它已学有关课程的有关章节，充分了解各个试验的目的要求、试验原理、方法和步骤，并进行一些必要的理论计算。

一些控制值的计算工作，试验前必须做好。

二、较大的小组试验，应选出一名小组长，负责组织和指挥整个试验过程，直至全组试验报告都上交后卸任，小组各成员必须服从小组长和指导教师的指挥，要明确分工，直辖市工作，不得撤离各自的岗位。

三、试验开始前，必须仔细检查试件和各种仪器仪表是否安装稳妥，荷载是否为零，安全措施是否有效，各项准备工作是否完成，准备工作完成，要经指导教师检查通过后，试验才能开始。

四、试验时应严肃认真，密切注意观察试验现象，及时加以分析和记录，要以严谨的科学态度对待试验的每一步骤和每一个数据。

五、严格遵守实验室的规章制度，非试验中仪器设备不要乱动；试验用仪器、仪表、设备，要严格按规程进行操作，遇有总是及时向指导教师报告。

六、试验中要小心谨慎，不要碰撞仪器、仪表、试件和仪表架等。

主 隔 系 = 动 振 数 隔 后 给 础 的 幅 振 传 基 力 振 隔 前 给 础 的 幅 振 传 基 力 振
F 即 ηa = T ： F 0
本实验拟采用两种方法：直观测定法及理论计算法
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A）直观测定法： 依据定义分别测定在隔振前和隔振后地基所受力(F)的振幅， 直接做比 主动隔振系数：
4） 主动隔振和被动隔振隔振的概念及实际举例
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1.3 实验难点 1）振动实验台的简化（等效质量的概念） 2） 垫刚性物块的目的 3） 如何测定系统的固有频率
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2．具体实验
2．1 实验装置与仪器框图
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2．2实验原理 ． 实验原理
2．2．1主动隔振（积极隔振或动力隔振） 主动隔振指的是机器本身是振源，它通过机脚、支座传至基础或 基座。主动隔振就是隔离振源，是振源的震动经过减振后在传递出 去，从而减少对周围环境和设备的影响。 概念：隔振系数 ηa 和隔振效率 εa
1+ (2 )2 ξλ
2 ( −λ )2 + (2 )2 1 ξλ
λ= ω ω0
在上次实验中已经学习过如何测定， ω0 因此，只需要测定强迫振动的激振频率 就可以计算主动隔振系数。 ω
这里，阻尼比 ξ 和固有频率
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主动隔振效率： a ε 讨论：1）当
= (1−ηa )×100%
时， ηa >1, F > F ,隔振器没有隔振效果 T 0
B） 理论计算法： 隔振前
m ω2 e
M
隔振后
M
m ω2 e
θ
x C
θ
F 0
K
F T

实验三 被动隔振实验一、实验目的1、建立被动隔振的概念。

2、掌握被动隔振的的基本方法。

3、学会测量、计算被动隔振系数和隔振效率。

二、实验装置与仪器Labview8.2软件、NI CompactDAQ数据采集系统、普通计算机、加速度压电式传感器、电荷放大仪、质量板、100KG振动实验台等。

三、实验原理图3-1 被动隔振系统的装置简图被动隔振系统的实验装置如图3-1所示。

振动隔离是消除与减小振动危害的重要途径之一，在企业，振源通常是振动较大的机器，振源的振动通过地基传到周围环境和仪器设备。

对于精密的仪器设备，为了使外界振动尽可能少地传到系统中来，就需要将其与地基隔离开来，称为被动隔振或消极隔振。

被动隔振是为了防止周围环境的振动通过机脚、支座传到精密仪器和设备，又称为防护隔振，其目的在于隔离或减小振动的传递，使精密仪器和设备不受振动的影响。

被动隔振的力学模型如图3-2所示，被隔离的设备置于减振器上，设备的质量为m ，减振器的刚度为k ，阻尼系数为c 。

图3-2 被动隔振系统的力学模型被动隔振的振源是振动平台，被动隔振的效果通常用隔振系数η和隔振效率E 来度量。

隔振系数η的定义为12/A A =η (3-1)式中1A 为振源的振幅，2A 为设备隔振后的振幅。

隔振效率E 的定义为()%1001×−=ηE (3-2)在本实验系统中振源为振动台的垂直简谐振动)sin(11t A x ω=，由振动理论可知：()()()22222121ξλλξλη+−+=(3-3)式中阻尼比ξ为21ln 21A A πξ=(3-4) 频率比λ为21/f f =λ (3-5)其中2f 为主动隔振系统的固有频率，1f 为激振频率。

当频率比20<<λ时，1>η，即12A A >，隔振器不起隔振作用。

当频率比趋于1时，即21f f =时，出现共振。

共振时，被隔离体系不能正常工作，2.1~8.0=λ为共振区，无论系统阻尼大小，只有当2>λ时，隔振器才起到隔振作用，隔振系数的值才小于1。

10.2振动控制的基本方法
10.2.1振动的传播规律
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,才能制定出有效的防治对策 和控制方法。图1为环境振动的传播过程。
1、振源振动控制
基本方法——减少和消除振动源振级。 ① 减少机器扰动。如通过改造机械的结构，改善 机器的平衡性能；提高设备制造精度，减少振动 结构的装配公差；改变干扰力方向等等。
但这种简单地加大单位面积质量的方法并不 是经济合理的选择：大面积薄板上多加"筋",亦 可减弱振动的幅度;安全防护用罩壳,可用风孔板, 因板两侧的压力平衡而不会辐射低频噪声。除了 这些降低声辐射的方法外,还采用在薄板上增加 一阻尼层,并使结合在一起,让原来薄板振动的能 量,尽可能多地耗散在阻尼层中,这称为阻尼减 振。
阻尼前
阻尼后
10.5.2阻尼材料
（2）阻尼材料
阻尼材料通常指沥青、软橡胶和各种高分子涂 料。
阻尼材料的特性——可用材料的损耗因子η来衡 量（包括杨氏模量损耗因子ηE和剪切模量损耗因子
表5-8 常温下声频范围内几种材料的ηE值
材料名称
铝
钢铁
砖
木
ηE
(0.3～10)×10-5 (1～6)×10-4 (1～2)×10-2 (0.8～1)×10-2
10.4.2橡胶减振器
橡胶隔振器 适用于中小型设备和仪器隔振的装置。
优点——具有良好的隔振缓冲和隔声性能；可承受压缩、剪切 或剪切—压缩力；易于设计成不同的形状；阻尼大，有良好的 抑制共振峰作用；高频隔振性能好。 缺点——易老化，不耐油污，不适宜在高温或低温条件下使
10.4.3橡胶隔振垫
橡胶隔振垫 — —常做成带有凹凸 形、槽形的结构， 以增加其压缩量和 各个方面上的变 形，还具有防滑功 能。