环境噪声控制工程七、隔振技术及阻尼减振振动的危害和对环境的污染振动引起结构噪声。机器振动通过基础、楼板、墙壁，可以迅速传递到很远处，造成较大范围内的振动和噪声的环境污染；所以，振动也是环境物理污染的因素之一。振动的控制不仅是防治噪声的重要方法，也是减少振动的不利影响和危害的必不可少的措施。10.1振动对人体的影响和评价10.1.1振动对人体的危害10.1.2局部振动标准10.1.3整体振动标准10.1.4环境振动标准人承受全身振动最敏感的频率范围纵向振动为4～8Hz，横向振动为1～2Hz。环境振动标准我国国家环境保护局于1988年12月10日制定并批准的国家标准《城市区域环境振动标准》（GB10070—88）对广义的环境振动给出了一定的限值。由于人对铅垂Z向振动最敏感，所以在这个标准中规定了城市各类区域铅垂向Z振级标准值。《城市区域环境振动标准》（单位dB，Z振级VLz，ao=10-6m/s2）适用地带范围特殊住宅区居民、文教区混合区、商业中心工业集中区昼间65707575夜间65677272适用地带范围的划定指特别需要安宁的住宅区指纯居民区和文教、机关区指一般工业、商业、少数交通和居民混合区指在一个城市或区域内规划明确确定的工业区交通干线道路两侧7572指车流量每小时100辆以上的道路两侧的区域铁路干线两侧8080指距每日车流量不少于20列的铁道外轨30m外两侧的区域振动控制技术从振源、传递途径和接受体三方面着手。

振源振动控制——减弱或消除振源的振动或振动运动；传递途径控制——通过隔振、阻尼等方法减弱振动到接受体的传输；接受体的控制——通过接受体系统参数的改变（加强筋、阻尼等）来减弱接受体处振动强度或降低接受体对振动的敏感程度。概括起来，振动控制的方法有三类：振源振动控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。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。控制共振。可以通过改变机械结构的固有频率、改变机器转速来避免共振；或将振源安装在非刚性基础上、管道和传动轴采用隔离固定、在仪表柜等薄壳体上采用阻尼减振技术等，可大大减少共振的影响。2、隔振技术（1）隔振原理利用弹性波在物体间的传播规律，在振源和需要防振的设备之间安置隔振装置，使振源产生的大部分振动能量为隔振装置所吸收，减少振源对设备的干扰。积极隔振（动力隔振）——隔离机械设备本身的振动通过其机脚、支座传到基础或基座，以减少振源对周围环境或建筑结构的影响，即隔离振源。

其频率范围在3～1000Hz。消极隔振（运动隔振或防护隔振）——防止周围环境的振动通过地基（或支承）传到需要保护的仪表、器械。其频率范围在3～30Hz。10.3隔振原理10.3.1振动的传递和隔离10.3.2隔振的力传递（2）隔振装置隔振装置可分为两大类：隔振器和隔振垫。隔振器——经专门设计制造的、具有确定的形状和稳定的性能的弹性元件，使用时可作为机械零件进行装配。常用的有金属弹簧隔振器、橡胶隔振器、钢丝绳隔振器和空气弹簧隔振器等；隔振垫——利用弹性材料本身的自然特性，一般没有确定的形状尺寸，可根据实际需要来拼排或裁剪。常见的有软木、毛毡、泡沫塑料、玻璃纤维10.4隔振元件10.4.1金属减振器金属弹簧隔振器低频隔振装置，用途广泛，从轻巧的精密仪器到重型的工业设备都可应用。优点——具有很高的弹性，可承受较大的负荷，静态变形位移大；耐油、水、溶剂等的侵蚀，抗高温；固有频率低，为2～4Hz；低频隔振性能好；设计计算方法较成熟。缺点——本身阻尼小，共振时传递率可能很大，高频隔振性能差。10.4.2橡胶减振器橡胶隔振器优点——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适用于中小型设备和仪器隔振的装置。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，还具有防滑功质轻、耐腐蚀，保温性能好，加工方便，对高频振动和冲击振动有一定的隔振效果毛毡（玻璃纤维毡、矿渣棉毡等）10.4.4其他隔振元件1.空气弹簧（见图4）2.酚醛树脂玻璃纤维板空气弹簧优点——隔振效率高，固有频率低（1Hz以下），具有阻尼性，也能隔绝高频振动。水平稳定性好，承受载荷能力范围大。缺点——需要压缩气源和一套复杂的辅助系统，并且荷重只限于一个方向。应用——常用于高要求的火车、汽车和一些消极隔振的场合。10.5阻尼减振固体振动向空间辐射声波的强度与振动幅度、辐射体的面积、频率等有关。大面积的薄板振动,有最大的辐射效率。这种由金属薄板结构受激振动所产生的噪声也称结构噪声。加大壳体厚度,即增加单位面积质量,则在相同激振力条件下,激发引起的振幅(加速度)则变小而降低辐射强度。3、阻尼减振（1）阻尼减振原理阻尼是降低振动共振响应的最有效的方法。阻尼的作用是将振动能量转换成热能耗散掉，以此来抑制结构振动，达到降低噪声的目的。

阻尼减振的实现——通过减弱金属板弯曲振动的强度。在金属薄板上涂敷一层阻尼材料，当金属薄板发生弯曲振动时，振动能量就迅速传给涂贴在薄板上的阻尼材料，并引起薄板和阻尼材料之间以及阻尼材料内部的摩擦。由于阻尼材料内损耗、内摩擦大，使得相当一部分的金属振动能量被损耗而变成热能，减弱了薄板的弯曲振动，并能缩短薄板被激振后的振动时间，从而降低了金属板辐射噪声的能量。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10.5.1阻尼减振原理有很多噪声是因金属薄板受激发振动而产生的,金属薄板本身阻尼很小,而声辐射效率很高。降低这种振动和噪声,普遍采用的方法是在金属薄板构件上喷涂或粘贴一层高内阻的粘弹性材料,如沥青、软橡胶或高分子材料。当金属板振动时,由于阻尼作用,一部分振动能量转变为热能,而使振动和噪声降低。阻尼前阻尼后10.5.2阻尼材料材料名称(0.3～10)10-5(1～6)10-4(1～2)10-2(0.8～1)10-2材料名称软橡皮10-2～10-1软木0.13～0.170.12～0.6沥青～0.38（2）阻尼材料阻尼材料通常指沥青、软橡胶和各种高分子涂阻尼材料的特性——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 金属 玻璃 塑料 混凝土 木材、软木、复合材料 大阻尼塑料 阻尼橡胶 损耗因子 0.0001~0.001 0.0006~0.002 0.005~0.01 0.015~0.05 0.01~0.2 0.1~10.0 0.1~5.0 各类材料的损耗因子10.5.3阻尼减振措施 1.自由阻尼层结构 将一定厚度的阻尼材料粘合或喷涂在金属板 的一面或两面形成自由阻尼层结构。

当板受振动 而弯曲时,板和阻尼层都允许有压缩和延伸的变 形。自由阻尼层复合材料的损耗因数与阻尼材料 的损耗因数、阻尼材料和基板的弹性模量比、厚 度比有关。 （３）阻尼结构 阻尼材料与金属组成复合结 构，由金属承受强度，阻尼材 料提供阻尼。 自由阻尼层结构减振原理——当板振动和弯 曲时，自由阻尼层产生交变的 拉压变形，可消耗大部分机械 能量，从而降低了整体的振 动要求阻尼材料具有较高的杨氏模量损耗因子（此类阻尼 材料一般比较硬），阻尼层的厚度与金属板的厚度之比一 结构损耗因子——一般只有0.1左右。用途——多用于管道包扎，消声器、隔声设备等易振动 的护板结构上. 约束阻尼层结构用途——由于它的施工复杂，造价高，只用在减振要求较 高的场合。现在已有用两块金属板之间夹一层非常薄的粘 弹性材料预制成型的复合阻尼金属板，可用于制造柴油机 油底壳、汽缸头盖及各种机器罩壳。 减振原理——当金属基板 振动和弯曲时，阻尼层受约 束板的约束不能伸缩变形， 内部产生了剪切变形，利用 阻尼材料剪切损耗一般较大 的特点可耗散更多的振动 选用剪切损耗因子大的阻尼材料（通常较软），结构中 间的阻尼层一般比较薄。 振动的主动（有源）控制技术 这种控制需要消耗能量并产生控制力的执行机构— —作动机构。 1—风机隔声罩 3—减振弹簧4—空间吸声体 5—消声器 7—隔声门8—防声耳罩 噪声的其他用途 办公室内的宽频噪声保持隐私