工程結構防振

　　為減小工程結構或構件在幹擾力作用下的振動而採取的措施。工程結構或構件用減振墊或減振器隔振是經濟實用的防振方法。

　　結構振動的類型　工程結構的振動可分為與幹擾力相對應的四種類型：週期振動、非週期振動、衝擊振動和隨機振動。在工程中大量遇到的是週期振動中的簡諧振動。

　　單自由度體系的振幅(A)和相位(φ))為

(1)

(2)

式中 F ₀為簡諧幹擾力 F( t)＝ F ₀cosω ₀ t中的力幅； k和 δ為結構的剛度和阻尼系數；ω ₀為幹擾力的圓頻率(或稱角頻率)；ω為結構的自振圓頻率。當ω＝ω ₀時，振動驟然增大，發生共振，應盡量避免；當ω＜ω ₀/2時，振動大大減少。隔振就是應用這一基本原理來達到減小振動的目的。

　　結構振動的危害　結構振動的危害主要表現在：①工程結構如果長期處於強烈振動下，要經受上百萬次甚至上億次往復運動，結構會因疲勞而破壞；②結構的振動會影響生產人員的正常工作和身體健康；③工程結構的振動有時會對精密設備和儀器及精確的工藝過程造成有害的影響；④產品質量不能保證。

　　結構防振的途徑　防振的途徑很多，其中隔振是防振中最常見的措施之一。隔振措施分為兩類：

　　① 積極隔振。為瞭減小有動力荷載的設備對支承結構、生產人員和設備的振動影響，對振源(動力設備)所采取的隔振措施。

　　② 消極隔振。為瞭減小支承精密設備的結構振動對精密設備的影響，對精密設備所采取的隔振措施。無論是積極隔振還是消極隔振，其方法是在被隔振設備和支承結構之間，設置如鋼彈簧、橡膠制品、軟木或乳膠海綿等減振器或減振材料，使幹擾力的頻率與隔振體系的自振頻率之比大於2，以便得到66％以上的隔振效果（圖1）。

　　減振器　工程結構隔振中常用的減振器有鋼彈簧、橡膠減振器（圖2）和空氣彈簧減振器（圖3）。減振材料有橡膠、乳膠海綿、軟木和玻璃纖維等。

圖2　橡膠減振器

圖3　空氣彈簧減振器

　　① 鋼彈簧。主要有螺旋彈簧和板彈簧。工程結構的隔振常采用圓柱形螺旋彈簧，這種彈簧力學性能穩定，結構簡單，制造方便，使隔振體系的自振頻率達到3赫以下。鋼彈簧阻尼很小（約為0.005），宜用於允許振動較大的動力設備的積極隔振。如用於精密設備的消極隔振，需要另加阻尼措施。

　　② 橡膠減振器。由橡膠或橡膠和金屬粘結制成。橡膠成型簡單，加工方便，容易制成各種不同形狀和不同受力狀態的幾何體，因此橡膠減振器種類繁多，而且阻尼較大（可達0.1以上），使用普遍。尤其是以剪切變形為主的減振器，具有剛度小、阻尼大的特點。

　　③ 空氣彈簧減振器。是一門比較新的技術，應用雖然還不太普遍，卻是一種很有前途的隔振方案，現已日益被人們所重視，並在一些工程隔振中被采用。

　　隔振技術的應用　動力設備積極隔振技術的應用現已相當普遍，對於轉速大於400轉/分的動力設備，或者產生沖擊幹擾力的裝置，都可以用減振器隔振，並得到足夠的隔振效果。對於轉速低於400轉/分的動力設備，用減振器隔振往往比較困難，一般多采取增大廠房水平剛度或增大基礎平面尺寸的方法進行減振。

　　精密設備的消極隔振主要隔離來自支承設備的結構的振動，使得隔振後的支承結構的振動小於精密設備的允許振動。它的指標可能是位移，也可能是速度或加速度。支承結構的振動由兩部分組成：①由空調設備和機加工等動力設備引起的機械振動；②由地震波、地下水流動、地磁和潮汐的變化等引起的地面脈動。對於一般精密設備的隔振，通常不必考慮地面脈動的影響，但對一些高精度的設備（如激光控制的某些儀器設備），地面脈動的影響是需要慎重對待的。少數對防振有特殊要求的精密設備（如重力加速度計），采用帶油阻尼器的懸掛體系和伺服反饋法，是有前途的防振措施。