振动理论及测试简述

1、振振动理理论及及测试简述述1/62/64/65/61/43/41/22 2目目录1.振动概念1.振动定义2.描述振动的基本参数2.振动分类1.按时间函数2.按系统自由度3.按输入激励3.研究振动的意义1.共振定义2.共振的危害3.共振的利用4.共振常用解决方案5.FFT的意义及应用6.振动测试相关7.噪声相关8.附录1/62/64/65/61/43/41/23 31.振动概念1.1振动定义振动是指一个状态改变的过程，即物体的往复运动。从广义上说，振动是指描述系统状态的参量（如位移、电压）在其基准值上下交替变化的过程。狭义的振动指机械振动，即力学系统中的振动。振动是宇宙普遍存在的一种现象，大至宇宙，小至亚原子粒子，无不存在振动，各种形式的物理现象，包括声、光、热等均包含着振动的现象。沙子“作画”https:/ 41.振动概念静：在平板一角施加一静：在平板一角施加一A A牛顿常力，出现静态变形牛顿常力，出现静态变形动：在平板一角施加一幅值不变（动：在平板一角施加一幅值不变（A A），但是频率变化的正弦方式的力，另一角点设置一），但是频率变化的正弦方式的力，另一角点设置一加速度传感器，采集加

2、速度响应。加速度传感器，采集加速度响应。1/62/64/65/61/43/41/25 51.振动概念固有频率及模态振型固有频率及模态振型 1/62/64/65/61/43/41/26 61.2描述振动的基本参数振动既是运动学范畴的问题，也属于动力学范畴，和振动相关的物理量包括且不限于位移x，速度v，加速度a，力F，阻尼c，周期T，频率f等。1.位移x-位置变化的多少和方向用位移表示，是表征物体单位时间内运动距离的物理量，物体在某段时间（t）内的位移是指这段时间内物体开始所在的位置（始点）指向最后所在位置（末点）的有向线段。2.速度v-位置变化的快慢和方向用速度表示。3.加速度a-速度变化的快慢和方向用加速度表示。4.力F-是使物体改变运动状态或形变的根本原因。在动力学中它等于物体的质量与加速度的乘积。即F=ma5.阻尼c-是指摇荡系统或振动系统受到阻滞使能量随时间而耗散的物理现象，主要包括材料阻尼和结构阻尼和流体阻尼。6.周期T-完成一次振动所需要的时间，称为振动的周期，因此前提是此振动为周期振动。7.频率f-是单位时间内完成周期性变化的次数，是描述周期运动频繁程度的量，单位为s-18

3、.角频率也是频率，不过是表征单位时间内变化的角度周期T的倒数即为频率，f=1/T角频率与频率f之间的关系为：=2f1.振动概念1/62/64/65/61/43/41/27 73.1按时间函数2.振动分类按能否用确定的时间函数关系式描述，将振动分为两大类，即确定性振动和随机振动。确定性振动能用确定的数学关系式来描述，对于指定的某一时刻，可以确定一相应的函数值。随机振动具有随机特点，每次观测的结果都不相同，无法用精确的数学关系式来描述，不能预测未来任何瞬间的精确值，而只能用概率统计的方法来描述这的规律。例如：地震就是一种随机振动。确定性振动又分为周期振动和非周期振动。周期振动包括简谐周期振动和复杂周期振动。简谐周期振动只含有一个振动频率。而复杂周期振动含有多个振动频率，其中任意两个振动频率之比都是有理数。非周期振动包括准周期振动和瞬态振动。准周期振动没有周期性，在所包含的多个振动频率中至少有一个振动频率与另一个振动频率之比为无理数。瞬态振动是一些可用各种脉冲函数或衰减函数描述的振动。1/62/64/65/61/43/41/28 82.振动分类2.2按系统的自由度数单自由度系统振动用一个独立

4、坐标就能确定系统的振动，如弹簧-集中质量模型的振动，如图1所示。多自由度系统振动用多个独立坐标才能确定系统的振动，如图2所示的两自由度系统振动。2.3按对系统的输入激励类型又可分为1.自由振动系统受初始干扰或原有的外激励取消后产生的振动，如锤击法中锤击产生的振动。2.强迫振动系统在外激励力作用下产生的振动。强迫振动最明显的特征是振动系统的响应频率等于外界的激励频率。3.自激振动系统在输入和输出之间具有反馈特性并有能源补充而产生的振动，如颤振。1/62/64/65/61/43/41/29 93.1共振定义一个系统(不管是力学的、热学的还是电子的)有多个共振频率，在这些频率上振动比较容易，在其它频率上振动比较困难。共振频率下可以使得较小的周期性的作用力累加起来产生较大的振动。一个物理系统在其自然的振动频率(所谓的共振频率)和自然波长下趋于从周围环境吸收更多能量的趋势。共振的威力巨大的原因就在于外力以最精准的方式(或者说节奏)作用于物体最微观的层次(或者说特定的层次)，使物体在该层次的每个基本单元(比如钟摆、原子、分子)像癌细胞一样不断吸收能量，进而发生剧烈位移，并最终在该层次产生极大的破坏

5、作用。共振危害-美国塔克玛大桥破坏3.研究振动的意义1/62/64/65/61/43/41/210103.2共振的危害1.19世纪初，一队拿破仑士兵在指挥官的口令下，迈着威武雄壮、整齐划一的步伐，通过法国昂热市一座大桥。快走到桥中间时，桥梁突然发生强烈的颤动并且最终断裂坍塌，造成许多官兵和市民落入水中丧生。因共振引起的灾难2.1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥因大风引起的共振而塌毁。利用共振的理论武器：次声波武器1.次声波炸弹利用频率为1617赫兹的次声波，与人体内的某些器官发生共振，使受振者的器官发生变形、位移或出血，从而达到杀伤敌方的目的。3.地震波导致的建筑物共振而倒塌伤人。美国塔柯姆大桥地震后的建筑3.研究振动的意义1/62/64/65/61/43/41/21111古代古代中国人对于声音共振的运用，还可以追溯到很久远的年代早在战国初期，当时的人就发明了各种各样的共鸣器，用来侦探敌情。墨子备穴记载了其中的几种：在城墙根下每隔一定距离挖一深坑，坑里埋置一只容量有七八十升的陶瓮，瓮口蒙上皮革，这样，实际上就做成了一个共鸣器。让听觉聪敏的人伏在这个共鸣器上听动静，遇有敌人挖地道

6、攻城的响声，不仅可以发觉，而且根据各瓮瓮声的响度差可以识别来敌的方向和远近。现代代大家最常见的微波炉：具有2500赫兹左右频率的电磁波称为“微波”。食物中水分子的振动频率与微波大致相同，微波炉加热食品时，炉内产生很强的振荡电磁场，使食物中的水分子作受迫振动，发生共振，将电磁辐射能转化为热能，从而使食物的温度迅速升高。微波加热技术是对物体内部的整体加热技术，完全不同于以往的从外部对物体进行加热的方式，是一种极大地提高了加热效率、极为有利于环保的先进技术。古代陶瓮现代微波炉3.研究振动的意义3.3共振的利用1/62/64/65/61/43/41/212121.振动概念1/62/64/65/61/43/41/213134.共振常用解决方案共振问题常用解决方案方式1.避免激振频率与共振频率重合；共振的解决方式3.增加系统阻尼；（备注：以上方式可共用以达到更好效果）方式2.降低激振力；实际案例1：桥梁共振问题如何解决？1.增强架构刚度，尤其扭转刚度；提高共振频率的同时增加了强度；桥梁共振解决3.增加阻尼器；2.增加透风面积，增加导风板，减小空气激振力；桁架式桥梁苏通大桥阻尼器曾因台风脱落1/62

7、/64/65/61/43/41/21414实际案例2：房屋的抗地震设计（以下示例包含了抗共振及强迫振动设计）2003年日本北海道8级地震，绝大部分建筑保持完好，极少的人员伤亡；原因：日本为多地震国家，在多次遭受地震的巨大伤害后建筑物普及了抗震设计。1.“滑动体”基础：在建筑物与基础之间加球形轴承或滑动体，形成滚动支撑结构，日本已对国立西洋美术馆等古建筑实施了这种补修工程。2.日本鹿岛的建筑部门发明：在大楼地基的基础部分和大楼主体部分之间安装上弹簧阻尼装置，其房屋主体震动都会降低到原来的1/10。3.独栋小住宅：轻型H钢+集成木材，共振频率提高，减振能力更强。4.箱体结构：日本普通的民宅采用了箱体设计地震发生时，房屋整体翻滚，不至于损毁。4.共振常用解决方案1/62/64/65/61/43/41/21515实际案例3：利用共振来保护高层建筑物；台北101大厦的调谐质块阻尼器：660吨，直径5.5米；悬挂于87与92层之间；台风期间，可以通过它来降低建筑物的振动。利用的原理：动力吸振器：附加系统对于主系统的作用力正好平衡了主系统上的激振力；当激振频率等于系统的固有频率时，动力吸振器能起到很

8、好的吸能作用。附件子系统后子系统振动附件子系统后主系统振动附件子系统前主系统振动4.共振常用解决方案1/62/64/65/61/43/41/21616什么是时域和频域音乐时域曲线：音乐频域曲线：我们看到的世界都以时间贯穿，股票的走势、人的身高、汽车的轨迹都会随着时间发生改变。这种以时间作为参照来观察动态世界的方法我们称其为时域分析，时域是真实世界，是惟一实际存在的域。频域-是描述信号在频率方面特性时用到的一种坐标系。频域，频域最重要的性质是：它不是真实的，而是一个数学构造。时域是惟一客观存在的域，而频域是一个遵循特定规则的数学范畴，频域也被一些学者称为上帝视角。其频率组成称为频域。将以上过程简化：5.FFT的意义及应用1/62/64/65/61/43/41/21717频域分析的方法傅里叶级数（FourierSerie）：正弦曲线波可以叠加出一个带90度角的矩形波，随着正弦波数量增加，波形愈发接近于矩形波。不仅仅是矩形，你能想到的任何波形都是可以如此方法用正弦波叠加起来的。贯穿时域与频域的方法傅里叶分析：任何周期函数，都可以看作是不同振幅，不同相位正弦波的叠加。我们通过傅里叶级数来了解傅

9、里叶分析的意义。5.FFT的意义及应用1/62/64/65/61/43/41/21818频域分析的理解光谱现象：复色光中有着各种波长（或频率）的光，这些光在介质中有着不同的折射率。因此，当复色光通过具有一定几何外形的介质（如三棱镜）之后，波长不同的光线会因出射角的不同而发生色散现象，投映出连续的或不连续的彩色光带。雨后彩虹5.FFT的意义及应用1/62/64/65/61/43/41/219193.1振动信号分析在振动领域我们通常是用来将传感器收集到的时域信号转换为频域信号进行分析。黑线-矩形波组成矩形波的若干正弦曲线5.FFT的意义及应用1/62/64/65/61/43/41/22020压缩机信号分析5.FFT的意义及应用1/62/64/65/61/43/41/221简单分析一些常见振动频谱振动测试一般都用FFT的谱图，这样可以清晰的知道该物件在哪个频率下振动值较大，也可以根据这个频率找到引起振动的振动源。为了保证测试的准确性，我们在测量振动时需要注意以下几点：注意在设置中添加低通滤波器，滤掉一搬滤掉10Hz以下的信号。布置传感器时注意不能碰到其它结构。传感器的引线接头处要固定好，不能

10、随意晃动。5.FFT的意义及应用1/62/64/65/61/43/41/222223.1时域信号分析5.FFT的意义及应用1/62/64/65/61/43/41/22323激振器法布点比较锤击法6.测试相关PAK基础培训-上海培训1/62/64/65/61/43/41/224241压缩机的振动噪声机理n振动和噪声产生机理-涡旋压缩机噪声主要包括机械噪声、电磁噪声、空气噪声及液体噪声等。n引起机械噪声的主要原因有：n运动机构存在间隙，特别是在经过磨损导致间隙增大后，噪声会非常明显。n旋转机构存在不平衡，由不平衡导致径向振动，从而产生噪声。n动静涡旋盘在工作时的相互碰撞引起噪声。n总结一下，机械噪声由不平衡、滑动摩擦及机械碰撞引起,并通过轴、轴承、壳体向空间传播n电磁噪声主要由涡旋压缩机内置的电机产生，主要有磁场磁通波及电磁不平衡所引起，并通过定子、壳体向空间传播。n空气噪声，涡旋压缩机不断的吸气、排气，气流脉动所产生的噪声，通过空气、壳体向空间传播。空气噪声是涡旋压缩机最主要的噪声源，是降噪过程中最需要注意的地方。n液体噪声主要由冷却液及润滑油的射流和气穴所引起。1/62/64/65/6

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