中科院召开“薄壳构件振动控制技术及减振优化设计”学术沙龙

薄壳结构是建筑学上的术语。壳，是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的中面内的力。薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑，但较为费工和费模板。薄壳结构的优点是可以把受到的压力均匀地分散到物体的各个部分，减少受到的压力。

近日，沈阳自动化所举办了以“薄壁结构振动控制技术”为主题的学术沙龙活动。东北大学机械工程与自动化学院教授孙伟，重点介绍了适用于薄壳构件振动控制的硬涂层阻尼减振技术、粘弹性阻尼减振技术和压电主被动减振技术，同时对薄壳构件减振中的优化设计需求及方法进行了系统性总结。

振动控制是采用隔振技术来降低振动的传递率;用振动阻尼减弱物体振动强度并减低向空间的声辐射;用动态吸振器将机械的振动能量转移并消耗在附加的振动系统上等技术称为振动控制。在噪声控制工程中，振动控制技术是一个重要方面。有些精密机械、精密仪表以及要求低噪声的实验室，也需要振动控制来避免环境振动对它们的影响。

振动控制包括两方面内容：

(1)有利振动的利用;(2)有害振动的抑制：抑振(即振动控制)。

振动控制的任务：通过一定的手段使受控对象的振动水平满足人们的预定要求。采用隔振、吸振、阻尼等技术措施以减轻物体振动并阻止其传播。其目的是保护人及灵敏仪器设备免受振动的影响。

隔振是利用振动元件间阻抗的不匹配，以降低振动传播的措施。隔振技术常应用在振动源附近，把振动能量限制在振源上，不向外界扩散，以免激发其他构件的振动;也应用在需要保护的物体附近，把需要低振动的物体同振动环境隔开，避免物体受振动的影响。采取隔振措施主要是设计合适的隔振器。隔振的原理是把物体和隔振器(主要是弹簧)系统的固有频率设计得比激发频率低得多(至少低3倍);但对高频振动要注意把隔振器的特性阻抗设计得与连结构件的特性阻抗有很大变化(至少差3倍)。为此,隔振器如用钢丝弹簧，还要垫上橡皮、毛毡等作的垫子。在隔振器的设计中，还应该考虑阻尼的作用。对启动过程中变速的机械，设计隔振器时应加阻尼措施，以免经过共振频率时振动过大。

阻尼是通过粘滞效应或摩擦作用把振动能量转换成热能而耗散的措施。阻尼能抑制振动物体产生共振和降低振动物体在共振频率区的振幅，具体措施就是提高构件的阻尼或在构件上铺设阻尼材料和阻尼结构。如近年来研制成的减振合金材料，具有很大的内阻尼和足够大的刚性，可用于制造低噪声的机械产品。

另外，在振动源上安装动力吸振器，对某些振动源也是有效的降低振动措施。对冲击性振动，吸振措施也能有效地降低冲击激发引起的振动响应。电子吸振器是另一种类型的吸振设备。它的吸振原理与上述隔振、阻尼不同，它是利用电子设备产生一个与原来振动振幅相等、相位相反的振动，来抵销原来振动以达到降低振动的目的(见有源降噪)。

一般情况下，隔振设备和阻尼设备的功能是差不多的，两者是相辅相成的，所以在选型的时候，一定要挑选合理的平衡点。在某些强振动环境中，采取若干振动防护措施，也能消除或减轻振动对人的危害。振动控制技术是通过振源控制、传递过程中的振动控制和对受振对象采取控制三个方面的措施来控制振源产生的振动通过介质传递至受振对象(人或物)。振动是一种普遍存在的自然现象，振动的来源可以分为自然振源和人工振源两大类。振动的影响主要是通过振动传递来达到的，减少或隔离振动就可使振动得到控制。

控制振动的方法很多，作为工程措施主要可归纳为减少扰动、防止共振、采取隔振措施等三类。减少扰动的措施主要指减少或消除振动源的激励，如改善机器的平衡，减少构件加工误差，提高安装质量，对薄壁结构作阻尼等。防止共振是指防止或减少设备、结构对振动源的响应，如改变振动系统固有频率，改变振动系统扰动源频率，增大阻尼，减少振动振幅等。隔振措施主要指采取措施减小或隔离振动的传递，常在振源与需要防振的设备间安装弹性隔振装置，使振源的大部分振动被隔振装置吸收，减小振源对设备或场所的干扰。根据振动系统的模型或者振动传递方式的不同，分隔离振源和隔离响应两类，前者为积极隔振(主动隔振)，后者为消极隔振(被动隔振)，其原理都是将需隔离的设备安装在适当的弹性装置上，使大部分振动被隔振弹性装置所吸收。

工业和运输业中广泛采用机器作原动力，机械振动的危害越发严重，振动控制要求日益迫切。汽轮机、水轮机和电机等动力机械，汽车、火车、船舶和飞机等交通运输工具，以及工作母机、矿山机械和工程机械等，都沿着高速重载方向发展，其振动也日益强烈。精密机床和精密加工技术的发展中，如果离开严格隔振的平静环境，工作就不正常，无法达到预期的精度目标。材料工业和建筑工业的发展中，广泛采用高强度的建筑材料，建筑高度不断攀升使得建筑受风载激励后振幅达几米之大，难以满足舒适和安全要求，倘不能减振，此类高楼就无法继续发展下去。飞机、导 弹、坦克、战车通常在最为恶劣的环境中工作。因此，军 工部门对减振环节的要求也日渐增多。尤其是如今的精确打击方向的研究，更需要减振理论的支持。

新闻来源：中国科学院沈阳自动化研究所

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