機械振動學(xué)研究綜述

【摘 要】在我們的日常生活中無時無刻不存在著機械振動，機械振動對生活也是具有雙面性，存在有利的一面和不利的一面，只要我們揚長避短很好的利用它，就會給我們的生活帶來很多方便。本文針對機械振動進行系統(tǒng)性的研究，深刻闡明它的應(yīng)用及危害。

【關(guān)鍵詞】機械振動；應(yīng)用；簡諧；危害

0 引言

我們把一個物理量在其平衡點附近往復(fù)的運動或是這個物體經(jīng)過它的平衡點所做的一種來回循環(huán)的運動稱之為機械振動。也將其說成是物體上的某一物理量或是整個物體沿著直線或非直線來回的顫動，有特定的規(guī)則和時間。有時為了淺顯易懂，我們將它稱之為簡稱為振動。機械振動是一個非常重要的研究方向，許多年前，荷蘭的科學(xué)家研究成功了的單擺機械鐘就是機械振動的典型應(yīng)用。直到20世紀初葉，人們的研究目標開始改變，偏向于研究避免共振的項目上。其實在機械振動中，共振始終是一個比較大的問題。

在日常生活以及生產(chǎn)中都會遇到諸多的振動源，例如風(fēng)動工具，小汽車，輪船和自行車等。規(guī)定振動量便是用來衡量振動強弱的一種物理量，物體由于外力的作用產(chǎn)生振動致使其偏離原來的位置，機車不斷的增加速度減小速度及加速度都可以看做是產(chǎn)生振動的原因。由于以上的原因，就會導(dǎo)致一些零件產(chǎn)生振動，一旦加大振動量，就會使振動的零件受損，這會大大降低零件的使用壽命，嚴重會使整個機器停止運作或是導(dǎo)致事故發(fā)生。例如，機床上的由于主動軸的振動就會使它的精確度降低，這會給公司帶來巨大的損失。

振動的分類較多，按照不同的標準可以對其進行不同的劃分。其中最為熟知的兩類是按照原因和振動的規(guī)律的劃分的。按照產(chǎn)生的原進行分類為：自激振動、受迫振動、自由振動。按照振動的規(guī)律進行分類為：簡諧振動、隨機振動。

1 簡諧振動

振動的形式很多，簡諧振動是其中的一種形式。簡諧振動的定義為將自變量定義為時間的正弦函數(shù)或者定義為余弦函數(shù)，它還是日常生活中常見的一種振動形式。當(dāng)然也是一種比較最簡單的振動。這種簡諧振動的主要特點有往復(fù)性、周期性、對稱性。我們熟知的古式鐘擺的左右搖動便屬于簡諧振動，比較經(jīng)典的是彈簧拉一個小球上下或是左右的擺動，還有就是單擺的運動也屬于簡諧振動。

2 共振

影響機械振動的三個主要因素分別為振動頻率、加速度、振幅。眾所周知的來自于古希臘物理學(xué)家阿基米德說過：“給我一個支點，我會撬起整個地球”。而當(dāng)代的來自于美國的發(fā)明家特土拉說過，只要是給我一個共振器，我就能使地球分為兩半。特土拉先前做過一個實驗，就是在未完全完成的鋼結(jié)構(gòu)架的樓房頂上，把一個小物體（賦予它共振）放在這些未完全完成的樓頂鋼梁上，之后特土拉觸動了按鈕，接下來鋼梁便發(fā)生振動，逐漸的振動延伸至整撞樓房。該案例足以證明共振的破壞性。還有一個日常中經(jīng)常發(fā)生的就是，裝滿貨物的貨車駛過一座橋梁時，車的振動和橋的固有頻率一致，這樣會使橋的振動逐漸加強，當(dāng)多輛車同時駛過時，車給橋的壓力達到了一定的程度，這樣便會發(fā)生共振，最后造成橋的全線崩塌。如此，得知共振有時候是在破壞著人們的生活。前一個例子說明的是共振器本身的特點，也就是它能自己發(fā)出各種頻率的波，當(dāng)它所發(fā)出的波被物體接受時（說明物體的固有的波與共振器發(fā)出的波相同），就會產(chǎn)生共振的波，當(dāng)共振的波達到一定的強度時，就會產(chǎn)生使我們不愿意看到的結(jié)果。

振動同時也在危害著我們的身心健康，對于一個生病的人，振動的頻率對其有很大的影響。從事與振動有關(guān)的工作者，更容易患有振動相關(guān)的病癥，如此需謹記要盡量遠離振動，不要等到發(fā)生病癥之后再做相應(yīng)的措施。

3 振動危害的控制

機械振動不利的方面可以通過人為干預(yù)使其減小，而且通過人類自身的努力甚至可以從根本上消除機械振動產(chǎn)生的危害。當(dāng)一個物體的固有頻率與外界對它的作用力的頻率相差很大的時候，機械振動就可以被有效的避免或者消除。生活中有很多減少機械振動的例子，比如說我們經(jīng)常去電影院看電影，經(jīng)常去禮堂或者演播室參觀或參加節(jié)目，細心的話可以看到這些地方的墻上都有一層厚厚的像泡沫一樣的，他們可不僅僅是裝飾品，更主要的作用是用來吸收聲音的頻率，使電影院、禮堂、演播室這些地方不會輕易發(fā)生共振。長時間從事機械操作的工人，可能要經(jīng)常接觸振動的工器具，這對身體的危害是很大的，必須佩戴有襯墊的泡沫無指手套來降低機械振動對身體的危害。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，減輕振動危害的方法越來越多。消聲器就是一種人們近年發(fā)明出來的用于消除噪音的產(chǎn)品，現(xiàn)在我們所生活的環(huán)境充斥著各種各樣的噪音，人們的的喧鬧聲，汽車的鳴笛聲等等混合在一起嚴重影響著人類生活的環(huán)境，消聲器被發(fā)明出來就是為了消除這些噪音對人類生活的影響。 它的原理就同無聲手槍一樣，從槍口噴出的高壓氣體具有很強的沖擊波，這些沖擊波經(jīng)過若干氣室后被不斷吸收，當(dāng)再次到達槍口時氣體所具有的沖擊波已經(jīng)很小，噪聲也就變得非常小了。

4 振動的應(yīng)用

因為振動這一學(xué)科屬于一種交叉類型的學(xué)科，以至于再許多方面都有其應(yīng)用之處。它不僅在醫(yī)療和機械中有其相關(guān)應(yīng)用，而且在土木工程領(lǐng)域及鑄造領(lǐng)域也有相應(yīng)的應(yīng)用。我們知道以前在建設(shè)一套樓房時，需要我們用比較粗糙的辦法給地基進行打樁，也就是耗費體力用錘子進行地基打樁?，F(xiàn)在科技發(fā)達了不再用那么原始的辦法，現(xiàn)在采用振動打樁技術(shù)，給樁體一個振動波，如此產(chǎn)生振動波的樁體把相同頻率的波傳遞給大地，致使土地產(chǎn)生振動，土層松動，土層在這種振動波的作用下摩擦力減少，如此，樁體便非常容易的打進土層之下了。 我們知道振動還可以制使物料處于運動的模式，其有利于氣流的通過，為熱交換的形成創(chuàng)造了充足的條件。分選及混合型的振動機器也是大致的道理。在醫(yī)學(xué)上同樣也存在諸多的應(yīng)用振動的例子。例如，現(xiàn)在存在的一款化妝品叫做美伊美，眾多女性都特別喜歡，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)它的按摩機原理就是由振動原理實現(xiàn)的，該機器有不同的工作頻率，一種是柔波的速度，另一種是快速柔波的速度。它就是通過快速微震表面達到深層潔面的作用。 同時也可以按摩臉部，撫平皺紋。

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[責(zé)任編輯：謝慶云]