时间：2022-08-17 18:56:17
关键词: 声波能;振动耗能;能量分析法
中图分类号: TU352.11
文献标识码: A
引言,环境中存在各种各样的振动现象,工程中遇到的振动问题,在绝大多数情况下是有害的,高精度,高精密性设备的振动控制技术已经成为关键问题,有效的控制振动就显得非常必要和迫切。振动控制的基本方法就是围绕振动产生以及振动能量传输过程的三个环节(振源、传输途径以及受保护对象)入手,分别采取控制振源(或受保护对象)以及阻隔振动能量传输途径等措施来实施。耗能减振技术就是隔振技术中非常重要并且也得到广泛
应用的隔振技术[1]。
1 传统振动控制技术
耗能减振技术主要通过在结构的某些部位增设耗能器或耗能部件,为结构提供一定的附加刚度或附加阻尼,在地震作用或风荷载作用下主要通过耗能部件来耗散输入结构的能量,以减轻结构的动力反应,从而更好地保护主体结构的安全,是一种有效、安全、经济且日渐成熟的工程减震技术[2].
传统的耗能器主要有钢耗能器、铅阻尼器、摩擦耗能器、粘滞流体阻尼器、黏弹性阻尼器、电感式耗能器、智能型耗能器,复合型耗能器[3]。
2声波耗能法简介
2.1 理论基础
本文提出一种新的消耗振动能量的途径,即声波耗能法。
声音是人们日常生活中很熟悉的客观物理现象,声音是由声源的机械振动产生的,声源的振动状态,通过周围介质向四周传播就形成声波。产生声波的条件是:1),有作机械振动的物体――声源;2)有能传播机械振动的介质[1]。
声波能量具有容易产生,扩散方便等优点。声波能量将振动能量转化为声波能的关键是将振动能量有效的转化为声波能。
为了证明将外部振动转化为声波发射出去的可行性,并且具有一定的效率,采用计算输出能量和输入能量之比的方法,即计算声波能量的输出和激励振动输入能量的比值的方法来计算声波消耗振动能量的效率。
声波能量的输出由发声单元的振动特性决定的,但是现在在未知发声单元结构的情况下,只能根据发声单元发出的声波的能量情况来近似计算,由于声波在传播过程中的损耗,所以仅当在离开发声单元最近的位置,声波能量近似等于发声单元的振动能量。
能量分析法
能量分析法的思想是在振动过程中输入耗能减振结构体系的能量必须与结构体系内部能量的存储、转换和消能相平衡。即
(1)
式中, 为振动过程中输入耗能减振体系的总能量,为耗能减振结构体系的势能,为耗能减振结构体系的动能,为主体结构的黏制阻尼耗能,为主体结构的非弹性变形滞回耗能,为耗能装置的耗能。[4]
工程设计中,为确保主体结构的安全,可近似认为振动能量全部由耗能减振吸收或耗散,上述方程可简化为:
(2)
上式即可以作为耗能减振结构体系的能量设计方程,其中忽略了,,,等因素的影响,一方面简化了计算,另一方面可作为结构的安全储备。
计算过程:
①、发声单元将自身的振动一部分转化为声波,而另一部分转化为热能,这里只计算转化为声波的那部分能量。
②、假设在离发声单元很近的距离时,声波是没有损耗的。
2.2 振动能量转化为声波能的效率的计算方法:
因为无论多复杂的波形都可以看作是无数个简谐波的叠加,所以通过计算简谐波在一个周期内能量的转换来实现计算的目的
弹性介质中取一线元,其质量
波形函数可以表示为:
(3)
质元动能:
(4)
质元形变势能:
波形传播速度:
质元波动能量:
介质中单位体积内的能量,能量密度等于:
(8)
能量密度在一个周期内的平均值为平均能量密度:
单位时间内通过截面S的能量等于体积uS中的能量,即为能流。
单位时间内通过垂直于波的传播方向的单位面积上的能量为能流密度。
能流密度:
一个周期内能流密度大小的平均值称为波的强度,波的强度即为度量波的能量大小的标志
上式指出波(注意,所有形式的机械波)的能量大小与传播介质的密度,波的振幅,波的频率以及波的速度有关。
2.3 算例
人能发出的声音的频率范围为45Hz到1600Hz之间,乐器中发音频率最高的是小提琴:196~1320为基音区,泛音为12KHz左右,这里是通过机械振动与摩擦的方式将振动能量转化为声波能,所以其产生声波的频率不会超过乐器所能发出的最高频率。故计算频率取小提琴能发声的基本频率1KHz。
考虑到声波在空气中的衰减,声波离开发声单元1cm处,在一分钟内通过面积为区域的能量可以看作是没有衰减的。
由于声波在空气中传播,空气的密度非常低,假设一个算例,声波传播速度为340m/s,频率v为1000HZ,空气的密度为1.27kg/,振幅A=m,,那么该波的平均能量流密度就是:
一分钟内垂直通过面积的总能量为:
对于被保护体来说,激励能量等于
假设被保护体质量为0.1kg,限定振幅为0.01m,根据GJB 150.16―86,在普通公路运输环境下的振动,其振动频率期望值为200HZ
故被保护体振动能量输入为
故转化效率等于
3 结论
传统的耗能减振技术主要通过在结构的某些部位增设耗能器或耗能部件,声波耗能法就是利用声波产生器将结构的振动能量转化为声波能量发射出去,本文从理论上和工程算例上都证明了这种方法是切实有效的,为振动能量的消耗提供了一个新的方法,为振动控制技术提供了一个新的方向。
参考文献:
[1] 盛美萍 王敏庆等.噪声与振动控制技术基础[M].北京:科学出版社,2001.
[2] 李方泽等.工程振动测试与分析[M].北京:高等教育出版社,1992.
[3] 周云 徐彤.耗能减震技术的回顾与前瞻.力学与实践[J],2000,22(5):1-7.
[4] 严东方.浅谈效能减震结构.科技情报开发与经济[J],2006,16(8):165-167.
作者简介:
关键词：变电站 振动 影响因素 隔振技术
中图分类号：TU352.12 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-014-03
1 引言
随着城市建设的集约化发展，现代城市电网的变电站往往临近居民住宅。在这样的背景之下，变电站的振动会对周边设施造成一定的振动影响。利用合理的隔振技术能够有效地控制与减少影响因素的发生，并对变电站整体的使用寿命以及使用安全具有延长与提高的作用。
变电站内主要有变压器等电力设备所构成，因此其隔振技术可以分为对变压器的隔振技术以及对变电站整体的隔振技术两个来进行讨论。在变电站整体的隔振技术中各个建设与设计单位往往采用变电站的建筑物构件以及地质条件等多个方面进行考虑。而在变压器等电力设备的隔振技术方面则主要可以通过改变地基性质，提高构筑物隔振水平等多种方式对其进行隔振处理，并能够达到较好的效果。本文基于ANSYS有限元分析系统对变电站的隔振技术应用进行分析，为后续的变电站隔振技术的应用提供理论基础与实践指导。
2 变电站振动的产生及其影响因素
2.1 变电站振动产生原因
变电站振动或者说变电站噪声的主要来源于变电站内部的电力设备在运转的过程中所产生的振动，此种振动主要来源于变压器以及内部共振效果。基于变电站振动的主要原因，本文从变压器内部结构进行变电站振动原因分析。此部分的研究已经取得了相关的进展。早在我国50-80年代，学者们根据变压器内部结构对其可能产生的振动效果以及原因进行了分析，并根据变压器以及变电站建设结构的不同而逐步的进行深入的研究。
在研究过程中我们认为变电站内部振动主要由其内部变压器的铁芯、绕组等主要组成部分所产生，并经过箱壁、支架、其他连接件放大而最终通过空气、变压器外壳等进行传播。在具体原因的分析中主要分为如下几个原因：
（1）变电站内部变压器铁芯是由铁饼进行分层排列而组成的。在电力设备运作的过程中，铁芯由于受到外部电流的磁化作用而产生磁极。铁饼间磁极由于铁饼间的质量不均衡而表现为不均衡现象。从宏观的角度来看，此种不均衡磁极会改变铁芯磁极的整体形态，使其形成为梯形结构，在外部电场的作用下，此种振动无法避免。从微观的角度来看，不同铁饼之间由于磁力不均衡而导致的铁饼间内部磁极失衡也容易造成内部铁芯振动。
（2）铁芯的结构组成是利用硅钢结构的搭接方式而成的。在这样的结构之下，链接部分不可避免的存在一定的缝隙。此种缝隙的存在一方面会产生间隙磁跳的现象，另一方面为铁芯的振动提供相应的条件。
（3）变电站内部绕组是又内外两层线圈组成的。在输电设备运转的过程中内外线圈产生磁极的对冲，此种对冲不可避免的形成一定的振动。此种对冲同时是变电站提升或者降低电压的原理，因此，此种振动从原理角度而言是不可避免的。
此外，除了上诉分析的原因之外，我们还发现变电站内部电力设备产生的振动可以通过地面固定装置传导到变电站外部结构之上。比如，外部墙体连接松动、变电站建筑结构不合理、振动系数不科学等方面也是造成变电站振动的主要原因之一。
2.2 变电站振动的影响因素
基于变电站振动所产生的原理我们可以认为变电站振动的影响因素可以从内部因素以及外部因素等两个方面入手：在内部因素中，铁芯的材质、重量、紧密程度以及线圈间距等条件均能够显著的影响变电站振动的产生。从外部条件来看变压器的安装模式、变压器整体隔振技术的应用、变压器墙体、变电站墙体、变电站共振频率等外部因素也能够对变电站振动造成一定的影响。
另外，从变电站整体隔振的角度去考虑，其建筑地基、建筑设计方案以及外部的建筑隔振处理，对变电站整体隔振效果同样具有一定的影响。
3 变电站内部隔振技术探讨
所谓变电站内部隔振技术是指通过对变电站内部元素的优化来达到降低振动的目的。具体到操作以及技术层面可以分为针对变压器的隔振技术、变压器布置的隔振技术以及其他电力设备的隔振技术等三个方面：
在变压器隔振技术中主要可以通过优化铁芯排列方式、冷却系统选择方式等两个方面。在优化铁芯排列方式的过程中可以分为填充和紧压来进行。当下较为常规的做法是通过高密度的绝缘体对铁芯内部的铁饼进行填充处理，使其不同铁饼间充满了绝缘物质，从整体上保障了铁芯的整体性，而从微观的角度也避免了铁饼间的磁极影响。在现有的研究结果上我们可以发现在采用填充的过程中，填充物与铁饼之间是否存在间隙是减振是否有效的关键。因此，在填充的过程中需要通过外力对铁饼以及填充物进行压紧处理，使得二者之间的间距最小化。在冷却系统的选择过程中传统干式冷却系统是依靠风力元件进行的自然降温，此种冷却系统由于存在风机等冷却元件，在一定程度上增加了变电站的整体振动。在具体的减振过程中建议采用液冷循环的模式进行冷却系统的改造。降低不必要的振动产生。
在变压器布置隔振技术中主要可以通过必要的隔振手段在变压器安装的过程中降低变压器所带来的振动效果。主要可以采用减振垫、紧固安装或者液压减振系统安装等多种方式来进行。在减振垫的使用过程中可以有效的降低变压器整体的振动效果，但是同样不利于变压器的散热，对于大功率高散热的变电站应用具有一定的消极影响。使用紧固安装的过程中，能够显著的降低变压器的振动，但是无法避免或者削减内部振动的产生。在设备运行一定时间的前提下，有可能连接件出现松动甚至是脱离等现象，严重的造成设备使用安全事故，因此在此种减振模式中合理的养护周期规划是必要的。在液压减振系统安装的过程中主要是通过液压元件将变压器提升，此种减振的方式是通过液压元件作为振动的传导，使其在传导的过程中产生一定的削减进而达到降低振动的效果。
在其他电力设备隔振技术中主要可以通过紧固的方式来进行，在变电站内部除了主要元件变压器、风机等其他电力设备均会产生自身的振动。其他电力设备的振动主要是通过与变电站的连接而产生的振动传导。此种方式所产生的振动从特点的角度而言具有振幅较小、振动力度较弱、振动具有明显的衰减效果。因此，根据电力设备的振动特点在其安装的过程中进行紧固优化，将悬接的电线、弱电设备等元件与墙体或者变压器进行连接，其他元件与变压器内壁或者地板进行固定，进而能够有效的降低此种振动的传导。
4 变电站外部隔振技术探讨
变电站的外部隔振技术主要是指在变压器外部进行一定的隔振处理，使其达到变电站整体振动或噪声降低的效果。从具体的实践方法来看主要可以分为如下四个方面：安装隔振箱、吊装变压器、变电站内壁加装隔振板、以及变压器底部隔振。
安装隔振箱：从振动的危害角度出发，振动的危害主要可以分为电力设备松动以及噪声影响等两个方面，在变电站内部的主要振动产生元件外部套用隔振箱能够有效的切断这种振动的传播。从噪声影响的角度去分析，噪声主要通过空气进行传播，隔振箱能够有效的阻断这种传播途径，降低噪声影响。从振动的角度而言隔振箱的引入能够有效的帮助主要振动元件的固定以及其他附属链接元件的紧固，有效的避免了次生振动的产生。另外，隔振箱能够有效的将主要振动设备以及其他附属电力设备很好的进行形体的整合，使其从整体而言具备规整的集合形态，无论是从电力设备与变电站整体结合的角度还是从振动控制的角度均有利于其他形式的隔振技术的开展与应用。
吊装变压器：吊装变压器的主要技术是通过一定的技术条件如钢筋吊床、液压吊床或弹性阻尼材料的吊床等方式在变电站内部将变压器进行吊式安装。此种隔振方式能够有效的避免变电站内部的主要振动产生元件与变电站的直接接触，阻断了由于直接接触而造成的振动传导。在此种模式下，变压器振动无法传导到外部的变电站结构上。通过此种方式可以降低变电站整体的振动幅度。但是在安装的过程中同样存在一定的问题。一方面由于吊装变压器而导致变压器与变电站链接不紧密，对变压器自身的振动具有一定的消极影响。另一方面由于变压器自身重量等问题在吊装的过程中对于吊装材料以及变电站吊装节点的物理强度要求较高。
在变电站内的变压器内壁加装隔振板：此种方式是在变压器内部安装降低噪声以及振动的隔振板。此种方式的安装要求隔振板均匀且无缝隙的安装在变压器的内四壁上，能够有效的降低变压器内部的噪声以及振动的传导。从变压器整体的角度来看能够有效的降低由于振动所带来的危害。但是，在变压器内部加装隔振板具有一定的负面效应，主要表现为两个方面：（1）隔振板的安装无法从根本上降低振动元件所产生的振动，使得振动对于变压器内部元件的损伤以及内部的安全隐患无法得到缓解。（2）隔振板的安装不利于变压器内部的散热，在存在由于振动而产生的产热增加的情况下，安全性更为降低。
变压器底部隔振：主要是通过采用隔振材料将变压器垫高而进行的隔振方式，此种隔振方式与隔振垫的作用类似。在具体的隔振材料的选择方面，首先需要在底层铺垫具有较强稳定性的硬木底座；其次在其上铺设减震垫以达到减震的目的；最后将变压器固定于底部底座上。此种减振手段可以有效的降低变压器振动所带来的振动传导。但是在安装的过程中对于底座与变电站地面的结合有一定的要求。建议在实践与应用的过程中同样通过紧固的手段使其与变电站紧密结合。
5 隔振新技术探讨
随着社会的发展以及科技的进步，隔振技术在近些年存在较大的技术突破。这些先进的整体隔振技术主要应用于航天、航海、交通等领域，虽然现阶段无法在电力系统尤其是变电站隔振层面进行应用，但是同样的为变电站的隔振技术研究指明了方向。从新技术的应用角度出发新型的隔振技术可以分为磁感应、整体液压以及隔振新材料的研发等三个主要领域：在磁感应方面主要通过磁极对建等技术实现了在磁场环境下对振动频率的改变，进而破坏振动设备自身的振动频率以达到降低其振动幅度的效果。在整体液压减震方面是将整体的设备当作一个振动元件，在元件与地面等连接设备的链接过程中采用整体液压环境对其产生的振动进行有效的规避的手段。在隔振新材料的开发过程中则主要通过对新材料的隔振效果、散热效果以及成本等方面进行优化，使其能够更大范围、更大规模的投入使用。
综上所述，经过前人的不断研究，我国在隔振领域已经取得了一定的成绩，尤其是在变频以及逆共振等领域。但是由于现阶段新型技术的技术成本以及稳定性等原因还无法大规模的使用在变电站隔振技术领域。相信在不远的将来变电站隔振技术将变得更为有效与多样化。
6 总结
变电站的振动主要来源于变电站内部的变压器以及风机等。此种振动一方面容易造成变电站内部元件的连接松动，进而产生过量的连接电阻，使得设备在运行的过程中产生大量的电热。在造成电力损失的同时缩短了变电站的使用寿命以及使用安全性。另一方面则由于振动而产生的噪声对周边建筑产生环境影响也进一步恶化了变电站的工作环境。本文从变电站振动来源的角度按照内部优化以及外部优化的思路分别对变电站内部振动产生元件的设计以及安装进行了优化。通过本文的研究与总结明确了现在环境下变电站隔振技术的主要特点以及实施方案，并对不同隔振技术的优缺点进行了分析，为后续的变电站隔振技术的发展以及使用奠定基础。
参考文献：
[1] 郜时昆.变电站主变压器隔振和消能减震技术研究[J].现代电力，2010（5）：38-43.
[2] 陈绍青.电磁式主被动复合隔振器关键技术研究[D].中国科学技术大学，2013.
[3] 汪海涛.小区干式变压器振动特性及整体隔振研究[D].西南交通大学，2012.
关键词：双钢轮压路机；TRIZ；振动烈度
1 技术背景
目前，国内市场的全液压双钢轮振动压路机大部分配置驾驶室，起到冬暖夏凉的作用。一般采用三级减振设计：第一级减振来自于钢轮和前后车架的减振器，第二级减振来自于车架和驾驶室之间的减振器，第三级减振来自于机械悬浮式驾驶座椅。
根据2014年华北、华南、华中三个大区的所有品牌双钢轮压路机的客户使用调研报告，操作手普遍反映驾驶室内振动较大，连续施工一天感觉很疲惫。众所周知，双钢轮压路机最主要工作装置是振动轮，振动轮的激振装置产生圆周方向的a激振力，促使振动轮振动。振幅越大，压实沥青层厚度越大。在振动轮、驾驶室、座椅等三级隔振装置保持不变的情况下，振动轮的振动加速度越大，驾驶室的振动也越大，驾驶室舒适性就越差。这就是振动压路机行业内普遍存在一个问题盾，同时两个钢轮存在频率差，双钢轮振动压路机或大或小存在拍振现象，这也会影响驾驶室舒适性。
2 问题分析
既要钢轮振动较大，又要驾驶室内振动尽量小，这就是本技术问题的矛盾所在。目前解决振动压路机这个主要矛盾的措施就是增加隔振装置。理论计算并选型的钢轮隔振装置和驾驶室隔振装置的传递率均≤10%，但是由于钢轮激振力心的偏差、每个减振器的个体差异、车架和驾驶室的制造误差以及焊接变形、车架和驾驶室重心偏差、装配误差等因素的影响，实际测试的传递率很多位置均大于10%，如表1所示。
表1 样机改进前驾驶室减振器振动传递率
根据对4X4组安装了不同个体的同型号减振器的驾驶室减振效果进行测试，并得出结论：驾驶室底部四个减振器的压缩量不一致是导致减振效果差的主要原因之一。
目前采用的工艺方法是将车架四个安装平板铣加工保证平面度在0.6mm以内，同时采用三坐标测量仪测量驾驶室底部安装面高度差用于增减调整垫。车架宽度1950mm，前后1140mm，需要用大型镗铣中心加工。单台铣加工成本约450元（包括工人工时和设备工时），见图1和图2。加工成本较高。
装配班在装配驾驶室之前，需用三坐标测量机测量每台前车架减振器安装面的高度差，见图3，需要2个工时，生产效率低下。
图1 车架铣加工
图2 加工后的减振器安装平面
图3 三坐标测量仪测量安装面高度差
3 TRIZ模型建立和求解过程
根据TRIZ理论，解决发明问题的核心是克服冲突。TRIZ中冲突解决原理是在分析全世界大量专利的基础上提出的。通过多年的研究、分析、比较，G.S.Altshuller提出了冲突矩阵，该矩阵将描述技术冲突的39个工程参数与40条发明原理建立了对应关系，很好地解决了设计过程中选择发明原理的难题。
参考39个工程参数，可将目前振动压路机驾驶室减振问题的工艺方法归纳为三组技术冲突，并查阅冲突矩阵获得对应的发明原理，如表2所示。
将抽象的发明原理具体为工程解：
1）利用分割原理：将原驾驶室底部安装四个减振器的底板与驾驶室分离，变成装配结构。同时将车架上安装四个减振器的车架板形成一个整体并与车架分离，变成一个装配结构。单独加工这两个上下安装板，形成备选方案一。
2）更进一步地利用分割原理，将功能与结构分割。车架只保留安装减振器的功能，采用专用的等高装配工装实现压缩量一致的功能。形成备选方案二。
3）利用机械系统的替代原理：橡胶减振器制造一致性较差，根据本原理，选用液压减振器，完成对原减振系统的替代。形成备选方案三。
4）利用预操作原理：为消除驾驶室底部安装面和车架安装面的焊接变形产生的误差，在装配之间就在压缩量小的减振器处增加调整垫片。同时应用分割原理，将原不同厚度的调整垫分割成同一厚度0.5mm，形成备选方案四。
5）根据TRIZ资源分析理论：利用场资源中的超系统资源―驾驶座椅，保持现有驾驶室减振系统不变，驾驶室减振器和车架上减振器安装面不予加工。在驾驶室座椅机械结构下方增加一级减振，或者选用带阻尼减振的座椅。形成备选方案5。
4 最终解决方案
结合工程机械行业设计、制造、工艺能力与现状，对备选方案形成解的评价，如表3所示。
表3 备选方案评价表
图4 装配工装
综合评价，最终解决方案采用方案一和方案四的组合，采用专利设计的减振器等高装配工装，见图4。装配前在驾驶室4个减振器安装位置各放置一个工装，三点共面，那么在第4个工装处增加相应的调整垫片。调整垫片分为0.1mm、0.2mm、0.5mm和1mm四种，这样既可保证4个减振器压缩量的最大误差为0.1mm。
5 实施效果
将以上最终解决方案应用于STR130双钢轮压路机，并在东常高速公路路面3标现场进行对比工地测试，该样机驾驶室减振效果达到良好级，振动烈度从9.08mm/s提升至1.04mm/s，行业领先，超过国际知名压路机品牌。如表4和表5所示。
单台双钢轮压路机节约制造成本500元，按年产量300台计算，为公司节省成本15万元/年。同时节省了一台车架加工专用机床，成本约50万。
表4 STR130双钢轮压路机驾驶室振动烈度测试（单位：mm/s）
表5 某国外品牌双钢轮压路机驾驶室振动烈度测试（单位：mm/s）（单位：mm/s）
参考文献
[1] 檀润华. TRIZ及应用技术创新过程与方法 第1版 北京：高等教育出版社 2010
关键词：公路桥梁；耦合振动；研究现状；发展趋势
公路桥梁与车辆的耦合振动是指车辆等交通工具在通过某一段公路或某座桥梁的过程中，由于车辆的重力和速度使公路桥梁和车辆同时产生振动反应。这种振动反应对公路桥梁和车辆的损伤均较大，且车型越大，重量越重，其造成的损伤越严重。研究公路桥梁和车辆的耦合振动是减轻这种损伤的重要手段。
一、公路桥梁与车辆耦合振动研究的现状
信息技术的发展推动公路桥梁与车辆耦合振动的研究迈上了新的高度。科学家从纷繁复杂的理论研究中抽象出了理论研究与空间计算模型相结合的方法，使得研究的过程更加专业，研究的结果更具精确性。
（一）国外研究现状
早在二十世纪九十年代，Mulcahy、Hutton、Cheung和Gupta等研究者为使研究的结果更能反映公路桥梁与车辆的耦合振动研究结果的合理性与精确性，先后对公路桥梁与车辆的耦合振动研究做了理想化和多质量的有限元和有线条模型的模拟研究。这些模拟研究研究的主体为公路、桥梁和车辆，研究的对象为公路桥梁与车辆的耦合振动，研究的目的为减轻公路桥梁与车辆的耦合振动造成的公路桥梁和车辆的损伤，研究分为以下几个方面，分别为：第一，研究公路和桥梁路面的状况对车辆通行和车辆的使用寿命的影响；第二，研究车辆在行进的过程中加速或制动减速对公路和桥梁的损伤程度和使用寿命的影响；第三，研究公路和桥梁的类型对车辆通行状况和使用寿命的影响；第四，研究车辆的类型和重力对公路和桥梁的影响。虽然这些研究是研究者凭个人喜好进行的有针对性的研究，但无不为公路桥梁与车辆的耦合振动研究做出了贡献。后这些研究在Zheng、Cheung、Au和Cheng等四位研究者的振动梁函数法对混凝土公路的质量和跨度具有连续性的桥梁的理论研究中得到了进一步的发展。
（二）国内研究现状
我国对公路桥梁与车辆的耦合振动的研究在二十一世纪取得了突破性的进展。新千禧年跨越之际，林梅和肖盛燮两位学者通过将公路桥梁与车辆的耦合振动研究与结构力学相结合进行了公路和桥梁在跨度较大的情况下对车辆荷载性能的动态影响研究，并利用计算机等高科技技术对此研究进行动态模拟，讨论了在不同的路面状况下，车型和车速的不同对公路桥梁与车辆的耦合振动的影响。但将结构力学和公路桥梁与车辆的耦合振动的研究联系起来存在较大缺陷。文章表明略去公路路面和桥梁桥面的约束，影响了路面和桥面的质量对车辆和公路桥体的耦合振动研究结果的精确性，仅考虑车辆通行时的耦合振动，不涉及车辆产生惯性时的车辆与桥梁的耦合振动，使研究的结果在缺乏精确性的同时未具代表性。
为解决公路桥梁与车辆耦合振动研究的影响因素限制问题，学者将注意力集中于单项因素对耦合振动影响的研究中。这些研究包括调谐质量阻尼器控制对减轻车辆耦合振动损伤的影响和车辆耦合振动智能控制技术的研究。调谐质量阻尼器是一种通过降低应力峰值延长结构使用寿命的消能减震控制技术。这种控制技术通过减轻车辆通过路面或桥体时的冲击力和惯性，使得公路路面和桥体的疲劳损伤程度最小，从而延长公路和桥梁的使用寿命。国内对车辆耦合振动智能控制技术的研究主要由杨光和陈祝平两位研究者发起，他们在研究的过程中使用了磁流变液的原理对简化后的支梁振动响应进行了分析，给出了带有磁流变液等流体阻尼器支梁结构的计算结果。但这种结果只是我国研究者在这一领域的初步探索，尚需进一步的研究与发展。
二、公路桥梁与车辆耦合振动研究的发展趋势
（一）完善研究的模型与研究的计算方法
从公路桥梁与车辆耦合振动的研究现状可以看出，这一研究制作的模型和研究计算的方法尚存在改进之处。针对限制因素过多影响研究结果准确性的问题，可以采用单项控制研究的方法；针对模拟模型本身的问题，可以将研究的模型从二维转变为三维，将公路路面的状况和桥体的支撑结构考虑在内；针对计算方法存在漏洞或缺陷的问题，可以将有限元线性计算转变为非线性计算等等。
（二）典型车对公路桥梁使用寿命的影响研究
对公路桥梁与车辆耦合振动研究的主要目的即为延长公路和桥梁的使用寿命，减轻我国财政支出的负担，促进我国经济的健康可持续发展，改善人民的生活质量。研究典型车对公路和桥梁使用寿命的影响，不得不考虑公路和桥梁在特殊荷载作用下的列车安全性问题，根据我国人口分布和资源分布地域的特点，对南方公路桥梁与车辆耦合振动的研究应与对北方公路桥梁与车辆耦合振动的研究存在差异，南方资源分布较广，流通的均为荷载量极大的大型货车，南方降水资源丰富，对公路桥梁与车辆耦合振动的研究应充分考虑降水的因素。
结束语
本文是对公路桥梁与车辆耦合振动的现状与发展趋势的研究，在现状的研究中，文章从国外和国内两个方面做了介绍，国外对公路桥梁与车辆耦合振动的现状研究停留在对公路桥梁与车辆耦合振动造成影响的因素上，国内的研究学者在这一问题上的研究主要是对研究控制和计算方法的探索。为弥补这二者研究的不足，文中除了提出应将影响公路桥梁与车辆耦合振动的因素和研究控制和计算的方法相结合外，还提出了应完善研究的模型与研究的计算方法、典型车对公路桥梁使用寿命的影响以及考虑自然因素的情况下公路桥梁与车辆耦合振动的研究方向，希望这些研究方向的提出能为我国经济的健康可持续发展贡献力量。
参考文献：
[1]李小珍，张黎明，张洁.公路桥梁与车辆耦合振动研究现状与发展趋势[J].工程力学，2008，25（3）
关键词：方法、隔震消能减震振动控制
一、前言
我国在进入二十一世纪后，建筑业蓬勃发展，新型的建筑和大型密集型建筑层出不穷，建筑的诞生之初就被认为是安全与技术的完美体现，这证明一个好的建筑，它必经得起适用性、经济性与美观性这三重考验。伴随建筑在我国的迅速发展和建筑高度的不断增加，建筑的安全性，坚固耐用性亦成为人们所追求的目标。
二、房屋基础隔震技术的原理
房屋基础隔震技术的基本原理，是在房屋的上部结构同地基之间实现柔性连接，一般是在上下结构的中间增加水平刚度低且具有适当的隔震和增加结构系统的柔性，使上部结构得以同可能造成破坏的地面运动分离，以达到降低房屋上部结构的地震能量加速，且提高房屋对于地震的抵抗能力的目的。可以说基础隔震技术通过以柔克刚的方式使得房屋的抗震性能大大提高。当地震破坏程度较小时，隔震装置的初始刚度足以使房屋屹立不动，在遇到破坏性大的地震时这种设计就可以保持房屋的基本结构让房屋不至完全倒塌。房屋结构应用基础隔震措施后,其周期是没有应用基础隔震结构的2～3倍，依据反应谱理论可知较长的隔震建筑的周期可以使地震对房屋的影响大幅度减小。但就传统对原理的解释来看，这种隔震设计一般多用于层数较少的楼房，而目前我国在高层建筑中也开始了基础隔震技术的使用。虽然，这用传统的理论很难解释其合理性，但是从实际运用中来看，我们仍旧可以发现其合理因素所在，即就隔震能力本身而言基础隔震技术降低房屋上部结构的地震能量加速。
三、建筑结构中传统抗震方法
（一）、地震造成的破坏给人类留下的烙印是深刻的。而我们结构工程师们一直没有停止过对建筑物抗震的研究。建造抗强烈地震的建筑物和构筑物成为建筑工程领域重要的课题。为了抵御地震灾害，通常的建筑结构设计采用的是抗震设计，强调的是“抗”，即采用“延性结构体系”适当控制结构物的刚度，但容许结构构件（如梁、柱、墙、节点等等）在地震时，进入非弹性状态，并且具有较大的延性，以消耗地震能量，减轻地震反映。这种体系在很多情况下是有效的，但也存在很多局限性：首先，由于结构物的承重构件在地震时进入非弹性状态，对某些重要的结构物是不容许的（纪念性建筑、装饰昂贵的现代化建筑、原子能发电站等）；其次，对于一般性建筑，当遭遇超过设防烈度地震时，由于主体结构已发生严重非弹性变形，在地震后难以修复或在强地震中严重破坏，甚至倒塌，其破坏程度难以控制；再次，随着地震强度的增大，结构的断面和配筋都相应增大，造成经济的“浪费”。
（二）、隔震、消能减震 。
（1）、隔震与消能减震原理 。 隔振、减震控制的基本原理是在结构构件之间或建筑物与基础之间设置隔震、减震装置，通过隔震、减震装置的耗能特性，减小振动能量向周围环境的传递，达到减小振动对周围环境影响的目的。
（2）、 隔震与减震方法。第一是 粘弹性阻尼结构 。 粘弹性阻尼结构的风洞试验、地震模拟振动台试验及大量的结构分析表明，在结构中安装粘弹性阻尼器可减小风振反应和地震反应40%～80%，可确保主体结构在强风和强震中的安全性，并使结构在强风作用下，结构的舒适度控制在规定的范围内。西雅图哥伦比亚中心大厦起初是因为在风振的影响下，顶部几层有明显的不舒适感，安上粘弹性阻尼器后，不再有不舒适感，效果良好。若采用加大刚度的方法来获得同样的效果，需要把现有的柱尺寸扩大一倍，粗算价值约800万美元，显然采用增加刚度的办法是难以接受的，而采用粘弹性阻尼器所用的试验及安装费用仅70万美元 。
第二是：吸能减震。吸震减震是通过附加子结构，使结构的震动发生位移，即使结构的振动能量在原结构与子结构之间重新分配，从而达到减小结构震动的目的。目前，工程结构应用的吸震减震装置主要有：调谐质量阻尼器（简称TMD），调液（柱）阻尼器（简称TLD或TLCD）悬吊质量摆阻尼器（简称SMPD）和质量放大器。屋面上的水箱也起到一定的减震效果，相当于TMD。
第三是： 金属阻尼器。在框架中加屈曲约束支撑，在常规荷载下，起到支撑的作用，而在地震作用下，金属支撑通过塑性变形来消耗地震的能量，从而起到保护主体结构的作用。这在抗震加固的工程中得到广泛的应用。拟建的首都规划大厦设置了柱间“人”字型支撑，大大减小了地震力的影响。
第四是： 冲击减震。冲击减震是依靠附加活动质量与结构之间的非完全弹性碰撞达到交换动量和耗散动能进而实现减小结地震反应的技术。实际应用时，一般在结构的某部位（常在顶部）悬挂摆锤。结构震动时，摆锤撞击结构使结构震动衰减。另外，摆锤还兼有吸振器的功能。
第五是：更为先进的减震体系。前面所提到的是被动的控制地震力的方法，现在随着科技的发展，主动和半主动控制也正在被广泛地研究中，它是在不同学科和专业之间开展合作和交叉研究，开发使用的感应和接收装置、结合控制专业的配套技术，形成新的产业，以支持新技术的推广应用。结构振动控制的研究和应用需要将传统的建造技术与高新技术相结合，使结构的安全保障系统成为智能结构的重要组成部分。如在建筑物基础安装像汽车安全气囊的感应气垫，一旦地震来临，纵波感应器启动，在横波能量对建筑物造成破坏前感应气垫膨胀并把来自于纵波的能量进行消能。真正实现了像汽车一样的智能减震体系。
（3）。 隔震与消能减震的效果。第一是：明显有效地减轻结构的地震反应。第二是：从振动台地震模拟试验结果及美国、日本建造的隔震结构在地震中的强震记录得知，隔振体系的结构加速度反应只相当于传统结构（基础固定）加速度反应的1/10～1/3。这种减震效果是一般传统抗震结构所望尘莫及的。从而能非常有效地保护结构物或内部设备在强地震冲击下免遭任何毁坏。
四、结语
建筑的抗震设计和抗震加固是十分重要的，本文所论述的抗震方法和技术，是笔者结合多年经验总结和借鉴而来，在以后具体的施工中有减震机理明确、减震效果显著、概念简单。但是在规范和规程这方面阐述的还有欠缺。不过在耗能减震技术有他独特的优势，必将在以后的防震减震施工技术上发挥突出作用，为减轻地震对人类造成的危害作出巨大贡献。
六、 参考文献：
[1] 、姚亚雄.建筑创作与结构形态[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2000.
[2] 、美国高层建筑和城市环境协会.高层建筑设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[3] 、雷春浓.现代高层建筑设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[4] 、中国建筑科学研究院.2008 年汶川地震建筑震害图片集[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.
[关键词]锚绞机；配套液压系统；噪声测量；减振降噪
中图分类号：R852.24 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）15-0382-01
新信息r代，各国都在争相对海洋进行开发。对海洋的开发离不开船舶工业的发展，锚绞机作为海洋船舶锚泊系统的主要设备，关系到船舶航行、系泊、起锚的可靠性和安全性。依靠传统的锚绞机设计方法设计出的锚绞机存在过于笨重、效率低、振动噪声大等问题。为了满足人们对环境及锚绞机性能的双重要求，低振动噪声、高效率的环保节能锚绞机是今后锚绞机的发展趋势。
1 锚绞机及减振降噪概述
1.1 锚绞机概述
锚绞机又叫做锚绞组合机，在现代船舶配套设备中显现的越来越重要，不论是抛锚、起锚、停泊，还是系带浮筒或者离靠码头，都离不开锚绞机。锚绞机是否可靠工作，直接决定了船舶的安全停靠和运行。锚绞机的振动噪声问题是影响零部件使用寿命、锚绞机工作可靠性以及操作舒适性的关键因素。锚绞机的减振降噪对于提高锚绞机的性能，降低噪声污染，改善海员工作环境以及海洋生物的生存环境等方面有着至关重要的作用。在锚绞机产品方面，以船舶产品总体发展的趋势为纲要，锚绞机也正在向功率大、效率高、寿命长、安全、节能环保、智能化等先进技术方向发展。
1.2 减振降噪概述
减振降噪有主动减振降噪和被动减振降噪之分。被动减振降噪因为无需另外再补充动力，装置结构不复杂，方便实现效果，成本较低，可以可靠工作，并且试用场合非常广泛，减振降噪效果较佳，目前船舶各类系统广泛应用被动减振降噪技术。振动噪声的被动控制技术非常多，包括了结构隔振、隔振墙隔振，动力吸振，消声器吸振，阻尼消振等技术。目前往往采用有限元分析与试验分析相结合的方法来研究机械结构特性。运用软件仿真计算结构动态响应，并不断的修正。理论、实验和数值计算是国内外现阶段常规的三种研究方法，但是这些目前都有一定的局限性，就是运用的模型比较简单。
2 锚绞机振动噪声的识别和测量
对于研究锚绞机的振动噪声问题，第一点就是要对锚绞机系统进行振动噪声的识别和测量，下面就锚绞机振动噪声的识别和锚绞机系统振动噪声的测量分别进行阐述。
2.1 锚绞机振动噪声的识别
对于锚绞机系统而言，其构成是多方面的，但主要的振动噪声来源有两大方面。第一是锚绞机机械系统部分，第二部分为锚绞机配套液压系统。锚绞机机械系统部分主要的振动噪声来源为齿轮箱中齿轮啮合的噪声，通常与齿轮的加工精度、装配精度、工作负载密切相关；锚链与锚链轮之间的滑移、跳动、撞击产生的噪声，这与锚链轮的结构、锚链轮与锚链的啮合程度密切相关，另外还包括了轴承噪声和刹车噪声。利用改进措施对噪声源进行减振降噪处理，能很有效的控制液压系统的噪声。
噪声源识别方法有：（1）主观评价法；（2）近场测量法；（3）选择运行法；（4）选择覆盖法；（5）表面振速测量。
2.2 振动噪声测量
选择测量方式：拨动测量选择开关，可选择测量位移、速度和加速度三个振动参数，测量单位会由显示器右边的箭头指出。
测量：测量过程中握稳测振仪，把探针贴近被测物体，按下测量键，仪表即开始测量；松开按键，此时的测量值被保持；再按下，则继续测量。测量后，数据可被保持60秒。
3 锚绞机减振降噪措施
锚绞机噪声主要有：减速箱中的齿轮噪声、轴承噪声、锚链轮与锚链的啮合及冲击噪声、以及刹车的噪声等，其中锚链的冲击噪声属于不稳定噪声，随机性较大，且噪声较大。
3.1 齿轮降噪的改进措施
（1）改变轮齿类型：齿轮类型的不同，其传动产生的噪声也存在较大差异。直齿轮传动时，整个接触是瞬时接触上去的线接触，产生的啮合冲击非常大。而斜齿轮传动时，接触是由一点逐渐向后延伸，啮合冲击较小。（2）齿顶修缘及齿形修整：因为生产制造误差，齿轮会部分齿出现齿轮啮合的干涉。如果消除了齿顶干涉，那么齿轮传动会相对平稳，不存在齿顶干涉冲击。而齿顶修缘是消除齿顶干涉比较有效的方法。承载后轮齿的弯曲量、齿轮的法向周节误差、及油膜厚度等参数直接决定了修缘量。但是，由误差及负荷情况得到最佳的修缘量并没有现成数据，需要大量的实验。所可以采用一种相对简单的方法，就是将齿顶高降低0.5mm，以此来取代齿顶修缘。（3）减少齿轮噪音幅射：齿轮噪声辐射面其实就是齿轮外径，齿轮可以看成是圆盘，辐射噪声声功率和圆盘半径平方成正比关系。在齿轮幅板上打孔能减少噪音幅射的面积，最终减少噪声的辐射。考虑到本文锚绞机系统中齿轮的强度和刚度，齿轮打孔面积为实际端面面积的15%。
3.2 轴承降噪的优化措施
合理选择轴承；提高轴承的制造精度；合理选择配合；保证轴承的装配质量和给予充分的。
3.3 降低齿轮箱噪声的优化措施
齿轮噪声和轴承噪声，都是经过齿轮箱壁辐射出来的。假如齿轮箱结构设计合理，可以有效减少噪声辐射。
（1）适当增加齿轮箱材料的刚度；（2）运用消声箱盖进行消声；（3）提高齿轮箱的密封性，已达到隔音和降噪；（4）在箱体安装底部加减振垫。
3.4 降低锚链轮与锚链振动噪声的措施
一般可以安装阻尼装置或者张紧装置来控制链传动的噪声，但是这比较适用于普通链，对于锚链轮与锚链的传动并不适用。锚链冲击噪声主要有三点控制方法：（1）优化锚链轮结构；（2）添加减缓冲击元件；（3）控制锚链误差。
3.5 刹车降噪措施
提高摩擦材料的粘性阻尼可以降低刹车的噪声。当刹车盘在摩擦力的作用下发生振动，振动传递到阻尼层上面，阻尼层往复的被拉伸和压缩，其内部的分子会在力的作用下相对移动，致使振动能量被转化为热能，相当一部分被损耗，所以降低刹车盘振幅；同时阻尼层的刚度总是会有阻止刹车盘的弯曲振动的趋势，这样使得刹车盘的噪声辐射可以减小。故而此方法可以有效降低刹车的噪声。
4 结束语
目前，我国锚绞机生产设计缺少创新。在设计的这个过程一直没有考虑锚绞机工作的振动噪声，这导致生产出来的锚绞机在正常工作负载及过载工况下振动噪声巨大，这严重损伤船舶甲板员工的听力及身体，而且导致锚绞机的寿命缩短，也降低了我国锚绞机企业的竞争力，制约了产品出口的能力和国内行业的发展，各锚绞机生产企业应该努力做好锚绞机生产设计，在设计生产中有效降低锚绞机在工作中的震动和噪声，从而推动我国船舶事业的进一步发展。
参考文献
[1] 陆卫卫.锚绞机的噪声检测及减振降噪技术研究[D].南京理工大学， 2015.
【关键词】 机械加工；切削加工；切削颤振
金属切削加工是机械加工业中基本、可靠的机械加工手段，在机械、电机、电子等各种现代产业部门中都起着重要的作用。工具的设计、制造和使用自古以来就很受重视,这里我们所说的工具,不仅仅指进行机械加工的机床,我们更关心的是直接进行切削加工的刀具。刀具是推动金属切削加工技术发展的一个极为活跃而又十分关键的因素,可以说切削加工技术发展、革新的历史就是刀具发展的历史。
一、切削加工的重要作用与刀具
机械制造的核心是零件的制作。制造机械零件的方法大致可分为成形制造和加工制造,成形制造包括铸造、锻造、焊接等工艺,一般用于毛坯的制造。近年来开发的精确成形或称净成形工艺,如精铸、精锻等也可用于半成品和成品的制造。快速原型制造用于模型的制造,与其它技术相结合,也可用于制造金属零件。加工制造包括切削、磨削等常规工艺,也包括激光束加工、电子束加工、电化学加工等特种工艺。在所有这些方法中,切削加工至今仍然是并且在可以预见的将来仍将是零件制作的最基本的工艺技术之一。
刀具性能和质量直接影响到数百万台机床生产效率的高低和加工质量的好坏。直接影响到整个机械制造业的生产技术水平和经济效益。金属切削加工是用刀具从工件表面切除多余的金属材料,从而获得在几何形状、尺寸精度、表面粗糙度及表面质量等方面均符合要求的零件的一种加工方法。其核心问题是刀具切削部分与工件表层的相互作用,即刀具的切削作用和工件的反切削作用。这是切削加工中的主要矛盾,而刀具的切削作用则是矛盾的主要方面。从近年来工具行业的发展看,切削刀具在生产活动中的作用正越来越受到企业的重视。随着数控加工设备与高性能加工刀具技术的发展,高速切削和超高速切削已成为当前切削技术的重要发展趋向,这就要求刀具的可靠性高,切削性能好,能稳定地断屑和卷屑,精度高,并能快换或自动更换等。因此,对刀具材料、刀具结构以及刀具的装夹都提出了更高的要求。
二、切削颤振产生与危害
在生产实践中,一般来说机床的振动是不希望产生的。这是因为振动所产生的噪声能刺激操作工人引起疲劳,降低工作效率.并且它又能使机床零件过早出现疲劳破坏,从而使零件的安全程度、可靠性和强度下降,机床的振动还会导致被加工工件的精度降低,刀具寿命和生产率下降。在机床上面发生的自激振动类型较多,例如回转主轴(或与工件联系、或与刀具联系)系统的扭转或者弯曲自激振动;机床床身、立柱、横梁等支撑件的弯曲或扭摆自激振动;切屑形成的周期性引起的颤振和整台机床的摇晃。此外还有机床工作台等移动部件在低速运行时所发生的张弛摩擦自激振动(通称爬行)等等。通常把金属切削过程中表现在刀具与工件间强烈的相对振动的这种自激振动称为“颤振”。切削过程中形成不连续切削的周期与工件、刀架或者机床的传动机构中的任一部分振动的固有周期相同,是产生颤振的主要原因之一。
切削颤振由切削过程中所产生的动态周期性力激发而引起,并能维持其振动不衰减。机械加工中的颤振是影响机械产品加工质量和机床切削效率的关键技术问题之一。切削颤振叠加在剥离多余金属必需的工作运动如切削、进给及切入运动上,并影响刀具乃至机床的使用寿命。为减小颤振所带来的不良影响,加工中被迫临时改变切削用量,如降低切削深度等。而这却妨碍充分利用机床额定功率,导致加工工时,即制造成本上升,延误工期。颤振问题在投资庞大的现代化数控机床上尤为值得关注,因为这类机床的经济性建立在其时间和功效方面的高度利用上。长期以来,机械制造业中的噪声污染相当突出,大大超过国家环保标准。刺耳的噪声是工件—刀具系统强烈切削颤振的结果,它降低了产品的表面质量,降低了生产效率和刀具、设备寿命,增加了材料和能源消耗。同时会诱发长期在这种环境下工作的人们的心血管等系统疾病,严重危害人们的身心健康。
三、切削颤振理论与减小切削颤振的措施
1、再生颤振理论
目前,对切削颤振形成的物理原因,主要依据三种理论进行解释:再生颤振是由于上一次切削所形成的振纹与本次切削的振动位移之间的相位差异导致刀具切削厚度的不同而引起的颤振。
2、振型耦合理论
在某些完全不存在再生颤振条件的切削状态下,如在切削螺纹时,后一转的切削表面与前一转的切削表面完全没有重叠,但也经常发生颤振。由于这时刀尖与工作面的相对轨迹是一个近似椭圆,颤振同时产生在两个方向。人们由此得出结论:当振动系统在两个方向上的刚度相接近时,两个固有振型相耦合,因而引起颤振,进而提出在设计机床时应考虑如何配备机床各部件在不同方向的刚度。
研究切削颤振现象及其控制理论的意义在于:可使人们更加深入地认识切削颤振的物理本质,从而发展控制理论及相关技术,促进机械工程的发展。其实践意义则在于:采用切削颤振的控制技术及手段,可大大减轻甚至消除切削颤振及其所带来的各种不良影响,极大地改善人们的工作环境,提高工作效率,减少切削能源的消耗,提高刀具和设备的使用寿命,并将产生直接或间接的经济效益和社会效益。
众所周知,将主轴转速、进给量、切削宽度以及刀具角度等切削参数适当调整,即可抑制颤振的发生。其中最为突出的是改变主轴转速的变速切削,对颤振的抑制效果显著。因为机床整体结构的复杂性,控制颤振的理想手段应该 可以从其局部部件着手,包括对机床床身、立柱等基础部件的改进,以提高机床的抗震性能;也可以对机床的刀具结构进行必要的改进。新型切断刀的设计思想是建立在增大阻尼的基础之上,利用颤振理论结合刀具结构设计,解决切削加工中的颤振问题。
参考文献
[1]于友林.控制及降低机械切削加工温度的主要方法.职业，2005-10-15.
[2]詹莲凤.绿色切削加工评价体系的研究.机械制造与自动化， 2007-06-20.
关键词：元器件；电子设备；抗振加固；设计
1 引言
为确保电子设备的可靠性，在进行力学环境试验前，一般应用有限元仿真手段对结构进行设计验证。通过有限元分析验证的电子设备，其结构及PCB在环境试验验证一般均不会出现强度破坏及刚度不够等问题。振动试验表明当前最易出现问题的是设备中的电子元器件。如DIP双列直插式封装、BGA球阵列封装、钽电容器件管脚由于疲劳而断裂、焊点脱落等[1]。综合考虑振动失效模式和产品特点、可靠性和成本等因素，电子设备中往往采用振动被动控制技术。其应用的振动控制的主要技术有隔振、去谐与去耦、振减振、结构刚化设计等[2]。而随着新型粘弹性（宽温域、宽频段、高阻尼）材料的研制成功，用粘弹性高阻尼材料制成的高阻尼减振器在电子设备上广泛使用[3]。
文章将以某印制板组件为对象提出减振措施，从结构刚化设计和阻尼减振两个方面提出两个抗振加固方案；通过力学实验比较措施的有效性，验证器件级抗振加固的效果，以达到元器件在电子设备中能够得到可靠应用的目的。
2 研究对象介绍
某印制板组件经简化后，由铝合金框架、印制板以及4个螺装器件组成，如图1。各零件之间连接均为螺钉紧固连接，印制板的外形尺寸为237mm×160mm×2mm。
图1 印制板组件示意图
2.1 方案一（结构刚化设计方案）
结构刚化设计，是通过提高结构刚度，达到提高设备谐振频率和提高机械强度的目的。方案一通过改变原有铝合金框架样式，将螺装器件从原有的安装在印制电路板上改为安装在铝合金框架上，实现提高结构刚度的目的。
图2 结构刚化设计组件示意图
2.2 方案二（阻尼减振设计方案）
T型阻尼减振器结构简单、使用方便，已广泛应用于多种设备中。方案二将螺装器件加装该减振系统后固定在印制板上，详图3。其中阻尼减振器主体部分选用某系列粘弹性阻尼材料制成。该材料是一种高分子聚合物，既有弹性固体性质，又表现出粘性流体特性。由于粘弹性材料兼具二者特性，在力的往复作用下既可以储存能量又可以耗散能量，起到阻尼减振的作用[4]。
3 减振措施有效性研究
3.1 随机振动试验
测点位置的确定及传感器的安装：将各方案中螺装器件顶面中心位置和印制板上表面中心位置定义为测点，并在每个测点安装一个加速度传感器，用于测量该点的加速度响应，如图4所示。对三种印制板组件方案进行相同条件的随机振动试验，得到频响曲线如图5。
图4 测点安装示意图及实物图
图5 螺装器件测点频响曲线图
图6 PCB中心区域测点频响曲线图
3.2 实验结果分析
通过综合分析频响曲线和响应数据，可以得到以下结论：
表1 试验数据统计
3.2.1 从表1可以看出方案二与原方案组件的谐振频率相同，均在118Hz附近，方案一的的谐振频率在在178Hz附近，这说改变铝合金框架样式对于提高组件谐振频率比较明显。而方案二采取的阻尼减振结构措施，仅在螺装器件处88Hz有尖峰出现，但响应峰值仍在118Hz处，并未影响整个组件的固有频率。
3.2.2 与原方案相比，方案一器件处均方根加速度降低8%，功率谱密度降低16.4%；PCB中心区域均方根加速度提高了25.4%，功率谱密度峰值降低9.9%。方案二器件处均方根加速度降低73.5%，功率谱密度降低80.1%；PCB中心区域均方根加速度提高了6.5%，功率谱密度降低41.3%。
4 结束语
综上所述，结构刚性化设计能够提高一阶谐振频率以及响应峰值下降，对于器件处抗振加固能够起到一定作用。但在宽带随机振动中，其它频段响应却因为结构动态特性变化而升高，因此整体效果并不明显。而采用阻尼结构抗振加固措施，器件处均方根加速度下降明显，其对功率谱密度峰值也起到了抑制作用，尤其是对高频部分作用非常明显。因此阻尼减振方案可以作为更为有效的抗振加固措施，提高电子设备中元器件及其组件的抗振性能。
参考文献
[1]叶松林.航天计算机的振动分析与减振技术研究[D].西安电子科技大学.
[2]张天琳.电子设备硬振设计的模态与分析成都电子科技大学硕士论文2007.
[3]李晓颜，等.某电子设备的阻尼减振设计[J].宇航材料工艺，2013年第1期.
[关键词] 预饱和技术；表面线圈；低场磁共振
随着低场磁共振在县级医院的普及，因技术原因或设备原因导致的图像较差问题经常碰到，比如最常见的伪影问题，本文所探讨的就是其中的一个方面。
1 资料与方法
搜集自2008年至2011年在我院就诊并应用表面线圈进行扫描的病人48例，其中男性28例，女性20例，年龄最大80岁，最小23岁。
采用GE公司的低场机型Signa Contour 0.5T，在常规扫描的基础上全部加做一个方位的应用了预饱和技术的序列，这个方位根据扫描部位不同选择不同方向的预饱和，力求使显示部位得到更好的显示，并将此序列与其对应的常规扫描序列的影像资料由三位放射科医师对比分析，对两种序列做出对比分析，两者的扫描参数相一致，唯一的区别就是应用了预饱和技术的序列扫描运行扫描层数减少。
2 结果
应用了预饱和技术的序列比常规扫描序列在伪影和图像信噪比方面都有明显改善，特别是呼吸伪影和流动伪影，都得到很好的抑制，从而图像质量得到很大的提高，在给诊断方面提供了更好的依据。
3 讨论
预饱和技术常用于抑制流动血液信号，使其呈现黑色低信号[1]，它是使用额外的RF脉冲在预定区域内饱和全部组织的磁化矢量，使该区组织在MR图像上呈黑色低信号，根据这一特性，我们常常会用预饱和带来抑制一些呼吸伪影。在低场磁共振，有些医院对线圈的选购会考虑经济投入问题，而用表面线圈来扫描较多部位，比如用腹部包绕线圈来扫描脊柱，这样的情况下，在显示出脊柱的同时，也把腹部的组织结构显示在内，包括腹部血管和呼吸运动伪影等等，从而加重了脊柱区的伪影。表面线圈的原理就是越接近线圈的部位图像质量更好，远离线圈的部位要差[2]，这个时候我们就可以利用预饱和技术来预先把脊柱前方的腹部组织和流动、呼吸伪影先去除，使脊柱区的图像质量得到很大提高，消除了伪影对脊柱的干扰，效果很明显，同时对于扫描时间来说，没有变化，只是扫描层数有所减少，对于日常工作来说，影响不大。
从运动伪影的产生的原因来看，一方面是因为成像速度慢，另外一方面是因为人体内的各种运动。针对以上的原因，我们可以采取相应的对策，预饱和技术就是其中一种[3]。对于低场磁共振来说，这是一种行之有效的方法。这个方法的缺点就是会使扫描时间更慢或扫描层数减少，我们可以根据扫描部位来相应调整。
在一个低场的场强下，扫描速度比慢，而选购的线圈有限的情况下，在应用表面线圈扫描一些伪影比较重的部位，我们可以利用预饱和技术来提高图像的信噪比。
以上图片都同为一个病人，1a和1b为常规扫描序列，伪影较重，2a和2b为应用了预饱和技术的序列，伪影和图像信噪比明显提高。
参考文献：
[1]彭振军，主编.医用磁共振成像技术.湖北科学技术出版社，1977，55.
关键词:高性能混凝土;施工误差;铁路桥梁
中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：
1 铁路桥梁项目中的混凝土施工技术要点
1.1 混凝土运输要点
通常情况下，铁路桥梁工程项目的施工，混凝土均是由运输车运至施工现场的，混凝土在运输途中，有可能会发生徐变收缩及离析的现象，所以要求整个运输过程应以最少的运转次数及最短的距离将混凝土运至施工现场。混凝土运输应控制在规定时间内，一旦超出必须对混凝土稠度及试块强度进行检测，确保混凝土质量。另外，混凝土从较高的位置向下倾落也可能出现离析情况，因此，应控制好倾落高度，一般应控制在2m 以内，若高度大于 10m，必须在传统内加装减速叶片。
1.2 混凝土拌制
混凝土拌制分人工拌制和机械搅拌。人工搅拌一般只能用于少量混凝土工程的塑陛混凝土或半干硬性混凝土。不管采用机械搅拌或人工搅拌，都应使搅拌混合均匀，石子表面包满砂浆，颜色一致。如果需要掺合添加剂，应先把添加剂调成溶液再人工拌合水中，然后于其他材料拌匀。整个施工过程要注意随时检查和较正混凝土的流动性或工作度(坍落度)，要严格控制水灰比，不得随意增加用水量。
1.3 混凝土灌注
混凝土灌注之前必须仔细检查模板和钢筋尺寸，预埋构件的位置。还要检查模板的紧密程度和模板表面是否清洁。灌筑方法分为：分层浇筑和一次浇筑，分层浇筑分斜面分层和水平分层两种。混凝土的灌筑方法直接影响到混凝土的密实度和稳定性，这对混凝土的质量影响较大，必须根据混凝土伴制能力、振捣能力、运距、灌注速度以及气温等因素，认真制定混凝土的灌注工艺。构件高度、厚度较大时，为保证混凝土能够振捣密实，就应采用分层浇注法。分层浇筑厚度与混凝土的稠度及振捣方式有关。
1.3.1 中小跨径的 T 型梁一般均采用水平分层浇筑，对于又高又长的梁体如果混凝土供应跟不上水平分层浇筑的进度时可采用斜层浇筑方法，可由梁一端浇向另～端。
1.3.2 空心板梁，一般先浇筑底板，再立芯模，扎焊顶面钢筋。然后灌注肋板和面板的混凝土，等到混凝土初凝后，即可抽卸芯模。
1.3.3 新老混凝土结合缝处理应注意以下事项：应凿除老混凝土表面的水泥浆和较弱层，使接缝面凿毛并用水洗干净；如接缝为应刷一层净水泥浆，如果是水平接缝可在接缝面上铺一层与混凝土相同而水灰比略小的l～2cm 厚的水泥砂浆；斜面接缝应将斜面凿毛呈台阶状；重要部位接缝或地震区的构造物，灌筑前应加锚固钢筋，接缝处振捣时振捣器应离开先浇混凝土表面5～10cm。
2施工误差对铁路桥梁高性能混凝土性能的影响
我国铁路客运专线、城际铁路、高速铁路主要结构物的使用寿命要求达到100年。桥梁作为客运专线主体结构的重要组成部分,占线路总长的比例很高。为确保桥梁结构达到正常使用寿命,预应力混凝土简支箱梁按耐久性设计,混凝土采用C50高性能混凝土。与普通混凝土T梁相比,箱梁具有一次性混凝土浇注量大(每榀梁的混凝土用量达到320 m3以上)、施工速度快(每榀梁的浇注成型在6 h内完毕)、混凝土工作性与耐久性要求高等特点。虽然箱梁高性能混凝土的应用技术日趋成熟,但在实际高性能混凝土的制备、浇注及振捣过程中,原材料计量误差、振捣密实程度、静停时间等施工误差对高性能混凝土的强度和耐久性会产生较大影响。本文以客运专线32 m预制简支箱梁C50高性能混凝土为研究对象,研究施工过程误差对混凝土性能的影响。
（1）减水剂掺量由1・15%降至0・8%时,坍落度与扩展度随着掺量的减少而降低。抗压强度随减水剂掺量的变化趋势略有波动,但是总体变化趋势仍呈随掺量的减少而增大。随着减水剂掺量的减少,电通量呈“先升高后下降”的趋势,掺量在0・90%~1・10%时,电通量较1・15%掺量时略有升高,但是基本稳定在869~887 C。
(2)在基准配合比基础上增减水泥用量20kg・m-3以内时,坍落度随水泥用量的增加而减少,抗压强度随水泥用量的减少而降低。电通量随水泥用量的变化规律有一定的波动,但是总体变化规律仍呈随水泥用量的增加电通量下降的趋势。
(3)振捣时间在5~20 s时,混凝土内部的含气量基本无变化,但是振捣时间达到30 s时含气量降低30%左右。抗压强度随振捣时间的增加呈“先增大后降低”的趋势,振捣时间在10 s时抗压强度最高, 30 s时最低。电通量随振捣时间的增加呈“先降低后升高”的趋势,振捣时间为10 s时最低, 30 s时最大。振捣时间低于10 s时混凝土的密实无法保证,超过20 s后产生严重的离析和分层现象,影响混凝土的强度与耐久性。
(4)拌合物的静停时间在0~30 min时,振捣前拌合物的含气量随静停时间的增加而降低,而振捣成型后的含气量与静停时间无关,基本稳定在2・5%左右。随着静停时间的增加,抗压强度略有增长,电通量呈下降趋势。
3 混凝土浇筑和振捣
3.1 浇筑要点。混凝土的拌合料具有振捣时暂时流动的特性，振捣时混凝土拌合料中的粗骨料靠自重向下沉落并互相滑动挤紧，滑料之间的空隙被流动的水泥砂浆所充满，空气则以气泡形式浮到混凝土表面上被排出。这样混凝土就得到密实，大大提高混凝土强度和耐久性，并使混凝土达到内实外光的要求。
3.2 振捣。凝土振捣应当注意振捣器的选用，对于石料粒径较大的混凝土应选用频率较低的、振幅较大的振捣器效率更好，反之应该选用频率较高而振幅较小的振捣器材为宜。混凝土振捣中，要掌握每次振捣时间，振捣时不宜超长也不能过短。一般振捣至无显著汽泡上升，混凝土表面出现薄层水泥浆、表面达到平整为适度。如用附着式振捣器，因其效率差，一般要振捣约两分钟左右即可。插入式振捣器因振捣效果好- 般振捣时间15～30s为宜。乎板式振捣器，每个位置上停留振捣时间约25s为宜。
3.3 混凝土养护
一般情况下，用普通硅酸盐水泥的混凝土养护以7 个昼夜以上为宜。矿碴水泥，火山灰水泥或掺用过塑化剂的养护时间以14昼夜以下为宜，每天的浇水次数，以能使混凝土保持充分的潮湿为度。洒水次数：在一般气候条件下，当温度高于15 度时，前三天内白天每隔 l～2d，时浇水一次，夜里至少浇水2～4次，在以后的养护期间可酌情适当减少即可。
结语
减水剂掺量由1・15%降至0・8%时,随着减水剂掺量的减少,混凝土拌合物的坍落度和坍落度扩展度降低,抗压强度增大,而电通量呈“先升高后下降”的趋势;在水泥用量上下波动20 kg・m-3范围内,随着水泥用量的增加,坍落度降低,抗压强度增大,电通量产生一定波动,但总体呈下降趋势;振捣时间在5~20 s时,随着振动时间的增加,拌合物的含气量无明显变化,抗压强度先增大后减小,电通量先下降后升高,振动时间超过20 s后产生严重的离析现象,抗压强度显著下降,
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1新的实验技术及其应用
实验技术的提高往往对实验结果的精确度产生很大的影响，而全新的实验方法、技术发明或创新，则对学科产生深远的影响，甚至起至关重要的作用，故本次会议特开辟了‘新的实验技术及其应用”专题。瑞士的G.Gremaud教授报道了他们的一项新技术:局域的机械能谱应用于非均匀材料的研究。这项技术是在原子力显微镜的基础上发展起来的，能够探测非均匀材料中微米相的粘弹性和滞弹性。利用这一技术能进一步测量出纳米量级的体积内耗值及其动力学模量的变化，使人们能确定机械能耗散的位置，即能测出纳米尺寸的机械谱。美国的R.A.Kant教授报道了一种基于内耗测量的化学传感器，这种传感器利用内耗和共振频率的测量原理，探测空气中还原性体的种类和浓度。巴西的C.R.Grandini教授则报道了一种低成本的内耗测量系统，这一测量装置的原理有别于传统的自由衰减的振幅的测量，而是基于速度的测量。阿根廷的J.I，uzuriaga教授报道了利用振动簧上的小球侧量超流液氦的湍流。这种方法是在振动簧的悬挂臂上安装一个小球，测量有、无超流液氮的情况下的内耗值与共振频率，它们的差值反映出液氮的贡献部分。根据在片流下小球与液氮相互作用对内耗与共振频率的贡献的理论计算与实验值的对比，就可以定量地了解液氦的湍流的影响。中山大学物理系在仪器设备的改进上作出了相当的努力，将原仅用子测量固体内耗的倒扭摆改装成既能测固体又能测液体的仪器，同时大大扩大了测量的频率范围，使之提高达两个数量级，这一仪器处于世界领先水平。此外还利用这一仪器测量了水的内耗值，发现其存在一共振吸收峰。当熊小敏宣读完有关论文后，波兰的E.Lunarska教授等很感兴趣，会后特地前来讨论。
2非晶材料、陶瓷与高温超导体
非晶材料、陶瓷与高温超导体在工农业生产中发挥愈来愈大的作用，了解其性能与结构的关系是进一步利用这些材料的关键，而内耗与超声衰减技术在这一方面起着很重要的作用。本届会议有相当数量的论文涉及这些材料的研究。意大利的F.Corder。教授研究了LaZCuO4十。晶格弛豫动力学及其不稳定性。LaZCuO4系列的高温超导体由06八面体阵列组成，这些八面体在「100〕或[11。轴方向上的顶点可以形成不同的立方晶形和四方晶形，由于化学配比的IJaZCuO;即使在远离高温的四方相到低温的立方相的转变点，它的顶点的模式也是高度不稳的。它的滞弹性谱中的两个强的弛豫过程起因于晶格模式，其中一个在150K(测量频率约为IkHz，模量的软化度达20%)的峰是热激活的，这一现象在’391一的原子核四极子的弛豫过程中观察过。因此，这个弛豫过程可以用低温四方相中畴界的类似孤立子的传播加以解释。它的激活能大约5倍于根据相关动力学的理论估计值。在低于30K的弛豫过程(模量软化度10%)归因于趋向低温的正方相的不稳定性，这在未掺杂的IJaZCuO;的衍射实验中从未观察到。同时文中还讨论了这些晶格的不均匀性如何与电子系统强藕合。美国的A.V.Granato教授报告了玻璃质的过冷的液态Pd40Ni40PZ。的切变模量。他们采用E-MAT技术研究了Pd40Ni.OPZ。的切变模量及其温度谱。测量包括在固定的升温速率下的切变模量温度谱、在某一温度下的切变模量的时间谱、温度循环的切变模量温度谱。在玻璃化转变过程中材料的切变模量是连续的，在玻璃化状态下，它的DiaelastiC效应与温度无关。通过切向软化的参数值丫和从比热、粘度、体积测量中获得的参数值的相互比较，发现测量结果与凝聚态物质的间隙原子理论大体相符。比利时的G.Roebben教授报道了氮化硅由于滞弹性与能量耗散所引起的抗疲劳的提高的研究，为了研究在循环负载下晶界的非晶玻璃相的抗形变和耐疲劳性能的提高，他们在氮化硅上进行了拉、压、扭摆和脉冲激发的实验，结果表明大振幅下的单向阻尼实验出现了一种新的、相当强的阻尼效应，阻尼线性地依赖于所加的应力振幅，能量耗散率随频率的增加而增加，简单的流变学分析证明了这种阻尼的机制是滞弹性的，因而是非破坏性的。在蠕变疲劳条件下这样的滞弹性减少了应变积聚，同时从阻尼的应力振幅的依赖性可知:在微裂纹中在应力集中的地方，会发生更多的能量耗散。这种小区域的屈服效应提高了材料的抗裂纹传播的能力。这种应变累积效应的减少以及抗裂纹能力的提高解释了烧结氮化硅陶瓷在高温下所具有的抗疲劳性。中山大学章明秋报告了高性能热塑性复合材料界面特性的动态力学表征，结果显示内耗方法可以有效地反映不同热处理条件引致的界面微结构，并与宏观力学性能关联。回顾本届会议，最深的体会是与会代表十分关注如何更好地将内耗和超声技术与工业生产结合起来，特别是在新材料的研究开发上。同时，如何扩大学科的研究范围亦受到大家的注意。
在空间飞行器结构设计中，为改善仪器设备的振动环境，基于结构模态特性和动力学响应的关系，以某型号空间飞行器为例开展阻尼减振设计.通过仿真分析及地面试验，对减振设计的有效性进行验证.结果表明：在结构模态中的最大应变部位周围附加阻尼层可有效降低结构振动.结构测点在共振峰附近的放大倍数显著降低，最大降低幅度超过90%；结构测点的随机振动响应量级降至设备耐受能力范围之内，阻尼减振设计达到预期目的.
关键词：
空间飞行器； 振动； 约束阻尼； 减振； 模态特性； 动力学响应； 有限元； 试验
中图分类号： V19
文献标志码： B
Abstract：
To optimize the vibration environment for equipment in the procedure of spacecraft structural design， the damping vibration reduction design of a certain type of spacecraft is done based on the relationship between the structural modal feature and dynamic response. The effectiveness of the vibration reduction design is validated by simulation analysis and ground experiments. The results show that the structural vibration can be effectively reduced by adding damping layer around the maximum strain area. The amplification factor near the resonance peak is significantly reduced and the maximum reduction range is more than 90%. The random vibration response of the structural measure point is reduced to the range of tolerance capability. The damping vibration reduction design achieves the expected goal.
Key words：
spacecraft； vibration； constrained damping； vibration reduction； modal analysis； dynamic response； finite element； experiment
0引言
随着航天技术的发展，越来越多的军、民用空间飞行器步入太空轨道.在运载器主动段，空间飞行器历经较为复杂的振动和噪声环境，可能导致电子器件失效、仪器仪表失灵、机械零部件寿命缩短等问题，严重影响空间飞行器的可靠性，甚至造成飞行任务失败.[1]因此，空间飞行器的减振设计成为环境工程中的关键技术问题.
近几十年来，以黏弹性阻尼材料为基础的阻尼减振技术得到长足发展，航天工程中多种型号采用阻尼减振设计[26]，但目前阻尼减振设计尚未形成统一规范，且经常在初样产品地面试验后进行一些更改性设计或大面积应用阻尼材料，导致减振设计受到结构方案限制或阻尼材料不必要的浪费.因此，在结构设计初期，基于结构动力学分析进行阻尼减振设计，可提前找到结构设计的薄弱环节，避免在初样阶段地面试验后更改结构，影响飞行器研制进度.
本文以某型号空间飞行器为例，完成阻尼减振设计，开展有限元仿真分析及地面试验，充分验证该设计的有效性.目前，该型号空间飞行器已经成功发射，并且在轨顺利完成各项任务.
1阻尼减振机理
黏弹性阻尼材料减振通常包括自由阻尼层和约束阻尼层2种形式.[7]自由阻尼层是指阻尼层直接粘贴在基体结构表面，见图1.约束阻尼结构是在自由阻尼结构的弹性层上增加约束层，见图2.结构振动时，阻尼层随结构件振动，黏弹性阻尼材料发生拉伸或剪切变形，使机械振动的能量转化成热能，通过热能耗散实现减振.通常，阻尼材料变形越大，耗散能量越多，减振效果越好.[89]
由式（5）可见，系统具有n个共振频率点，在外力激励下，系统振动由n阶主振动叠加而成，系统的稳态响应由n个不同形态的稳态响应叠加而成.[10]当外力的激励频率接近系统的某阶固有频率时，ω-≈1，主坐标位移响应x迅速增大，出现共振现象.此时，式（6）变为βj=1/2ξ，即通过提高结构阻尼，可有效降低振动响应.
因此，依据结构系统振动响应，确定响应峰值对应的某阶主振动，针对该阶主振动的振型特性，确定材料相对变形最大的位置，即在材料应变最大的位置周围布置阻尼层，可以较大限度地达到能量耗散的目的，是阻尼减振设计最有效、最经济的方法.
3某空间飞行器应用实例
3.1结构初步设计
某空间飞行器初步结构设计采用薄壁筒式主结构，由薄壁主舱段及上、中、下安装板结构组成.主舱段与中间安装板为整体加工而成，上、下安装板与主舱段之间分别通过螺栓紧固件连接.主舱段侧壁及各安装板上通过螺栓紧固件安装仪器设备.
3.2结构阻尼减振设计
3.2.1有限元建模及振动响应仿真
基于空间飞行器的初步结构方案，建立有限元模型，其中主舱段及安装板结构均采用壳单元，仪器设备采用集中质量点模拟，通过MPC刚性连接方式模拟仪器设备的安装.[11]
在模型底端面施加随机振动激励，有关参数[12]见表1.本文重点对飞行器控制系统2个关键设备的响应结果进行分析，见图3.设备的耐受振动环境的功率谱密度值为0.4 g2/Hz，仿真结果表明，在55.2，196.6及251.0 Hz处，关键设备动力学响应的功率谱密度峰值均大于0.4 g2/Hz，故设备历经的动力学环境超出设备的耐受能力，应针对这3个共振峰进行减振设计.
3.2.2结构模态分析
对飞行器结构进行模态分析，结果见表2.
由上述动力学响应分析结果与结构模态结果对比可知，关键设备的3处动力学响应峰值分别对应结构的第3，8和11阶主振动.此3阶模态振型均为上安装板局部模态，振型见图4.每阶主振动中，上安装板上最大相对变形的位置均不相同，由于安装板尺寸较小，为简化生产工艺、提高可靠性，在上安装板外表面附加约束阻尼层，以同时降低3处响应峰值.
3.2.3阻尼减振设计
当阻尼层很薄，约束层材料和基体材料一致时，其厚度与基体厚度相等，刚度参数达到最大值，约束阻尼结构具有最好的耗能性能.[14]实际工程中，应综合考虑重量因素来确定阻尼层厚度、约束层材料及厚度.本空间飞行器应用的阻尼层厚度为0.3 mm，选取黏弹性材料ZN1作为约束阻尼层，材料耗损因子β=1，贮能剪切模量G′=0.9 MPa；约束层刚度与上安装板基体刚度近似一致.粘贴完成后的上安装板试验产品局部照片见图5.
3.3试验验证
3.3.1传递特性结果对比
开展振动试验获取关键设备处测点在减振前后的加速度传递率曲线，通过对比传递率的变化，评价阻尼减振方案对振动的抑制效果.上安装板附加约束阻尼前后，设备1和设备2处试验测点的传递函数FRF曲线对比见图6.各共振频率、响应放大倍数以及减振前后放大倍数的降幅见表3.
从图6和表3中的试验结果可得到如下结论.
（1）由未附加约束阻尼层的试验结果可知，设备点分别在50，72.5，212.5及247.5 Hz处放大倍数较大，其中，50，212.5及247.5 Hz分别对应原仿真结果中的55.2，196.6及251.0 Hz这3处共振峰.可见，仿真得到的共振频率值与试验结果之间具有较好的一致性，且每阶次对应的振型相近.
（2）附加约束板导致上安装板局部刚度增强，因此减振后结构共振频率值提高.
（3）附加约束阻尼层后，结构阻尼系数增大，设备测点在上述3处共振峰附近的放大倍数均有不同程度的降低.其中，在第一个共振峰处，放大倍数降低有限，降低百分比小于10%；在第二个共振峰处，减振前放大倍数为2.904，在附加阻尼层后，此共振峰消失，将212.5 Hz处减振前后结果比较，减振率均超过50%；在第三个共振峰处，放大倍数的降幅分别为19.5%和32.3%.综上可见，控制系统2设备在上述共振峰处的振动得到明显的抑制.
3.3.2随机振动响应结果
在试验振动台与飞行器地面产品对接面上施加表2中的随机振动激励，试验获取设备测点的随机振动响应（功率谱密度曲线PSD），减振前后的试验结果见图7.
4结论
本文以某空间飞行器为例，基于结构模态特性和动力学响应的理论关系，提出阻尼减振设计方法.经过地面试验验证，结果表明：
（1）在结构材料应变最大的位置周围布置阻尼层，可以较大限度地达到能量耗散的目的，是阻尼减振设计最有效、最经济的方法；
（2）通过附加约束阻尼层设计，结构阻尼系数增大，结构测点在共振峰附近的放大倍数显著降低，最大降低幅度超过90%；
（3）附加约束阻尼后，结构测点的随机振动响应量级明显降低，全频段功率谱密度谱线均降至设备耐受能力范围之内，阻尼减振设计达到预期目的.
综上，阻尼减振设计方法可有效降低空间飞行器结构的振动，改善仪器设备的飞行环境，保证飞行试验的成功，对各类航天器的振动抑制均具有一定的参考意义.
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