第一篇：通用振動標準

通用振動標準-按軸承振幅的評定標準

按軸承振幅的評定標準

1969年國際電工委員會(IEC)推薦了汽輪發電機組的振動標準，如表1所示（峰－峰值，μm）。原水電部規定的評定汽輪發電機組等級與IEC標準基本相符，如表2所示（峰－峰值）。

表1 IEC振動標準

轉速（r/min）1000 1500 1800 3000 3600 6000 12000

在軸承上測量 75 50 42 25 21 12 6

在軸上測量 150 100 84 50 42 25 1

2表2 振動標準

轉速（r/min）優 良 合格

1500 30 50 70

3000 20 30 50

按軸承振動烈度的評定標準

國際標準化組織ISO曾頒布了一系列振動標準，作為機器質量評定的依據。現將有關標準介紹如下：

⑴ ISO2372/1：

該標準于1974年正式頒布，適用于工作轉速為600~12000r/min，在軸承蓋上振動頻率在10~1000Hz范圍內的機器振動烈度的等級評定。它將機器分成四類：

Ⅰ類為固定的小機器或固定在整機上的小電機，功率小于15KW。

Ⅱ類為沒有專用基礎的中型機器，功率為15~75KW。剛性安裝在專用基礎上功率小于300KW的機器。

Ⅲ類為剛性或重型基礎上的大型旋轉機械，如透平發電機組。

Ⅳ類為輕型結構基礎上的大型旋轉機械，如透平發電機組。

每類機器都有A，B，C，D四個品質級。各類機器同樣的品質級所對應的振動烈度范圍是有些差別的，見表3。四個品質段的含意如下：

表3 ISO2372推薦的各類機器的振動評定標準

振動烈度分級范圍 各類機器的級別

振動烈度（mm/s）分貝（db）Ⅰ類 Ⅱ類 Ⅲ類 Ⅳ類

0.18-0.28 85-89 A A A A

0.28-0.45 89-93 A A A A

0.45-0.71 93-97 A A A A

0.71-1.12 97-101 B A A A

1.12-1.8 101-105 B B A A

1.8-2.8 105-109 C B B A

2.8-4.5 109-113 C C B B

4.5-7.1 113-117 D C C B

7.1-11.2 117-121 D D C C

11.2-18 121-125 D D D C

18-28 125-129 D D D D

28-45 129-133 D D D D

45-71 133-139 D D D D

A級：優良，振動在良好限值以下，認為振動狀態良好。

B級：合格，振動在良好限值和報警值之間，認為機組振動狀態是可接受的（合格），可長期運行。

C級：尚合格，振動在報警限值和停機限值之間，機組可短期運行，但必須加強監測并采取措施。

D級：不合格，振動超過停機限值，應立即停機。

振動烈度是以人們可感覺的門檻值0.071mm/s為起點，到71mm/s的范圍內分為15個量級，相鄰兩個烈度量級的比約為1.6，即相差4分貝。

⑵ ISO3945：

該標準為大型旋轉機械的機械振動—現場振動烈度的測量和評定。在規定評定準則時，考慮

了機器的性能，機器振動引起的應力和安全運行需要，同時也考慮了機器振動對人的影響和對周圍環境的影響以及測量儀表的特性因素。

顯然，在機器表面測得的機械振動，并不是在任何情況下都能代表關鍵零部件的實際振動應力、運動狀態或機器傳遞給周圍結構的振動力。在有特殊要求時，應測量其它參數。表4給出了功率大于300KW、轉速為600~12000轉／分大型旋轉機械的振動烈度的評定等級。

注：參考值10-5mm/s。

表4 ISO3945評定等級

振動烈度 支持類型

振動烈度（mm/s）分貝（db）剛性支承 撓性支承

0.46-0.71 93-97 良好 良好

0.71-1.12 97-101 良好 良好

1.12-1.8 101-105 良好 良好

1.8-2.8 105-109 滿意 良好

2.8-4.6 109-113 滿意 滿意

4.6-7.1 113-117 不滿意 滿意

7.1-11.2 117-121 不滿意 不滿意

11.2-18 121-125 不允許 不滿意

18-28 125-129 不允許 不允許

28-45 129-139 不允許 不允許

該標準所規定的振動烈度評定等級決定于機器系統的支承狀態，它分為剛性支承和撓性支承兩大類，相當于ISO2372中的Ⅲ與Ⅳ類。對于撓性支承，機器—支承系統的基本固有頻率低于它的工作頻率，而對于剛性支承，機器—支承系統的基本固有頻率高于它的工作頻率。

按軸振幅的評定標準

ISO7919/1《轉軸振動的測量評定—第一部分總則》于1986年正式頒布。ISO/DIS79110-

2《旋轉機器軸振動的測量與評定—第二部分：大型汽輪發電機組應用指南》于1987年制訂，它規定了50MW以上汽輪發電機組軸振動的限值，見表5和表6，分別適用于軸的相對振動與軸的絕對振動。

表中級段A，B，C的意義與前述相同。軸振動的測量應用電渦流傳感器。

表5 汽輪機發電機組軸相對振動的限值（位移峰－峰值，單位μm）

極段 轉速（r/min）

1500 1800 3000 3600

A 100 90 80 75

B 200 185 165 150

C 300 290 260 240

表6 汽輪機發電機組軸絕對振動的限值（位移峰－峰值，單位μm）

極段 轉速（r/min）

1500 1800 3000 3600

A 120 110 100 900

B 240 220 200 180

C 385 350 300 290

有關軸承座與軸振動評定標準的幾點說明：

⑴ 根據ISO2372及7919的規定，有以下兩個準則應注意

準則一：在額定轉速下整個負荷范圍內的穩定工況下運行時，各軸承座和軸振動不超過某個規定的限值。

準則二：若軸承座振動或軸振動的幅值合格，但變化量超過報警限值的25％，不論是振動變大或者變小都要報警。因振動變化大意味著機組可能有故障，特別是振動變化較大、變化較快的情況下更應注意。

⑵ 根據我國情況，功率在50MW以下的機組一般只測量軸承座振動，不要求測量軸振動。功率在200MW以上的機組要求同時測量軸承座振動和軸振動。功率大于50MW、小于200MW的機組，要求測量軸承座振動，而在有條件情況下或在新機組啟動及對機組故障分析時，則測量軸振動。

⑶ 軸承座振動與軸振動之間一般不存在一種固定的比例關系。這是因為兩者振動與很多因素有關，如油膜參數，軸承座剛度，基礎剛度等，一般可根據統計資料給出一個比例的變化

范圍。根據ISO資料，機組軸振動與軸承座振動的比例一般為2~6。

德國工程師協會1981年頒布了《透平機組轉軸振動測量及評價》，簡稱VDI—2059，將機組振動狀態分為良好、報警、停機三個等級，分別采用三個公式計算，轉化后得到的軸相對振動如表7所示。

表7 VDI-2059汽輪發電機組軸相對振動的限值（位移峰-峰值，單位μm）

轉速（r/min）

1500 1800 3000 3600

良好 124 113 88 80

報警 232 212 164 150

停機 341 311 241 220

第二篇：振動試驗機的注意事項及標準

振動試驗機的注意事項及標準

振動試驗機適用于電子、機電、光電、汽機車、玩具……等各行各業的研究、開發、品管、制造。試驗機可模擬產品在制造，組裝運輸及使用過程中所遭遇的各種環境，用以鑒定產品是否忍受環境振動的能力，紅外碳硫儀該試驗設備能讓我們提早知道產品或產品中的部件的耐振壽命，從而確定產品設計及功能的要求標準。

1、標準型振動試驗機是針對產品包裝后包裝箱的模擬汽車運輸試驗，切不要進行產品的裸機試驗以免刮傷和損壞樣品；

2、試驗樣品重量請不要超過最大荷重以免長期過載使用導致試驗機維修加大及壽命縮短；

3、試驗樣品的固定：將待測物品放置工作臺的中央，移動四個活動夾板將產品固定好鎖緊螺絲，每塊平板與包裝箱留有約1mm的縫隙，并非將試品牢牢夾死；

4、試驗開始前接通電源，首先在控制面板上的速度旋鈕左旋到最小，設定好工作時間再旋至所需振動速度進行試驗（速度不能低于180RPM）。

第三篇：振動監測報告

振動監測報告

1必要性

目前，振動監測已被廣泛應用于冶金、石化、電力、化工、造紙、制藥、機械制造等行業，在有大量的電機、泵、風機、壓縮機、變速箱等機械設備在連續工作的系統中,通過監測這些旋轉機械的振動幅度、頻率、方向等物理量的變化,及時掌握設備的工作狀態。半導體生產線中生產任務安排緊密，時間就是效益，一些關鍵設備一旦出現問題，會對整個生產線造成嚴重擾亂，甚至導致前期半成品報廢，產品延期，造成重大損失。由于半導體生產線中設備數量多，種類雜，精度高，市場現有振動監測經驗不能直接應用，在我所以及半導體行業內，尚無應用振動監測進行預測性維修的經驗，處于技術空白。項目以振動監測為技術手段，通過建立模擬運行系統，積累分析數據，研究半導體生產線設備機械故障的振動特點，以期達到無損監測設備狀態，發現設備機械故障隱患，從而在半導體生產線中應用預測性維修，減少故障停機對生產造成影響的目的。

1.1本項目研究的背景

1.1.1本項目的任務來源

近年來，隨著國家的發展，我所產值由幾億到幾十億以及將要向百億突破，科研生產任務也越來越重，各生產線的任務安排也是越來越緊密，設備可以說是生產線上最重要的環節，尤其是一些重點設備，其運行狀態的正常與否對產品質量以及生產任務能否按時完成起著決定性的作用，一旦設備故障停機，對生產造成的影響也越來越突出，尤其是重點設備的長時間故障停機，往往會造成重大損失，目前我所生產用設備普遍采用事后維修方式，工作流程如下所示

在這種模式下，隨著部門的不同，1—2步所需時間從幾分鐘到幾天不等；第3步所需時間要看維修人員是否全部正在進行維修任務，在設備故障集中爆發的時候，這個時間甚至能達到三天；3—4步平均時間在一天內，80%的都控制在半天內，當然也有部分設備的故障較為復雜，判斷故障需要幾天甚至十幾天的時間，這種情況所占比例不超過5%；4—5步所需時間視情況不同基本在兩天內，緊急情況可以在半天內完成；6—7步，一些常規配件或已有成熟渠道的備件經常能在第二天到貨，而一些非常規備件尤其是進口備件經常需要一兩個月時間，有些個別的定制件甚至需要幾個月以上；一旦到第7步，備件到貨后，真正修復設備需要的時間往往很短，90%都可以在一天內修復完成。在這其中，1—2步的提交維修申請可以通過增強部門內部溝通減少，但是對一些對設備不夠熟悉的操作者來說，可能判斷設備異常狀態都是有一定難度的，需要尋求部門內對設備更熟悉的人員的幫助，都會經過一定的時間，而且一些較為隱蔽的機械故障，在前期很難發現，不是專業的維修人員不會注意這些情況，等操作者發現時往往故障已經擴大化，造成了故障部件外其他部件的損壞。2—3步在有限的維修人力資源下，只能通過對設備的重要程度，進行有限程度的調控，優化程度有限。3—4步和備件到貨后修復的時間基本可控且在整個維修周期內占比最低。在這整個維修周期內，6—7步，屬于時間最長，而且我方不可控的階段，往往設備修復耗時長，影響生產任務的情況，都是由于這一步用時太長的原因。重要的是在這整個維修周期內，設備處于帶病運行或故障停機狀態，無論是帶病運行造成故障擴大還是設備長時間故障停機，都會造成重大損失。

如果，我們可以提前發現設備故障趨勢，大致判斷故障時間，較為準確的判斷故障部件，我們的維修模式就可以進行改變，不再采用事后維修這種模式，改為預測性維修的模式，更加靈活的安排維修任務。如下所示

在這個過程中，免去了事后維修模式的1、2、3的過程，以一過程替代了4、5過程，盡管一過程和4、5過程同樣時間不可控，但是，值得注意的是，這個時間段內，設備尚未發生故障，還在正常使用狀態，同時用二過程替代了事后維修的7過程，這樣可以綜合考慮生產任務的安排情況和維修任務的繁忙情況，更合理的、有計劃的安排維修時間，尤其是在這整個維修周期內，設備完全處于正常運行狀態或大部分時間處于正常使用狀態。用一句話概括預測性維修和事后維修的最大區別：預測性維修是把工作做在了設備發生故障之前，因此最大程度的降低了故障停機時間。

正是由于預測性維修的優越性且目前已有大量成功實施的案例，各國生產行業也對預測性維修越來越重視。要想在半導體行業應用預測性維修，振動監測作為預測性維修的重要手段之一，尚無資料顯示其有半導體行業中應用的實例，亟需實驗數據的積累及分析，這也是本項目的主要任務來源。

1.1.2新形勢對振動監測在半導體生產設備中的應用提出了迫切的需求

在我所從事生產用設備的機械故障中，約有2/3的故障是由運動部件動作不暢直接或間接造成的，其中部分嚴重的情況會造成故障擴大，如電機燒毀、傳動軸磨損、絲杠損壞以及導軌損壞等。還有部分電氣故障是由于設備運動部件狀態不良，振動過大，造成一些傳感器移位，從而導致設備異常，甚至造成設備誤動作，損毀部件的情況；包括部分線路接觸不良也是由于設備的異常振動導致線路松動所致。

如圖一所示，為等離子清洗所用真空泵，由于清洗工藝不可避免的造成泵內有粘稠狀膠質物積累，該狀況無法通過換油改善，膠質物經過長時間累積到一定量后，會造成真空泵負載變大，導致了該泵聯軸器超負荷運轉損毀，雖然因為其所用電機有過熱保護沒有燒毀，但長時間在臨界狀態的運轉，也會造成電機壽命縮短，如果提前通過振動監測察覺其振動狀態改變，僅需在故障前期進行維護，對泵腔、轉子及旋片進行清洗即可。

圖二所示為某激光設備工作臺Y軸驅動電機，當工作臺Y方向不能動作時才發現故障，經判斷為電機軸承卡死，由于該設備為進口設備，軸承不易尋找，用時三天才找到備件，若能在其故障前期發現，提前尋找備件，此次維修可以在兩小時內完成。

圖三所示為某激光打孔設備FP模組，因其噪聲過大發現故障，此時故障已接近晚期，然而該模組為定制產品，下單后才開始生產，周期要30天，該設備生產任務安排非常緊密，每停機一天就有幾千元損失，在發現故障后一周就已完全不能使用。由于其轉速達到5000r/min，一旦靠人耳聽發現噪音變大時，已經進入故障爆發階段，將會迅速失效甚至造成故障擴大，若能在前期通過振動監測發現隱患，可提前訂購配件，避免損失。

圖一

圖二

圖三

尤其是精度越高，運動速度越快，轉速越高的設備，在故障隱患其越難靠人的直觀感覺發現，而這些情況下，故障的突然爆發往往會直接導致設備停機，甚至造成故障擴大。這就迫切的要求我們進行振動監測，以提前發現故障隱患，采取措施，從而避免損失。

1.1.3現有振動監測技術對半導體生產線設備的適用性分析

振動監測這一名詞國外早在50多年前就已經提出，但由于當時測試技術和振動監測診斷故障特征知識的不足，所以這項技術在20世紀70年代前都未有明顯發展。國內提出振動監測也有30多年的歷史。

（1）振動監測就目前來分，可分為在線式和離線式。前者是針對冶金、石化、電力、等行業，設備需要連續工作的系統，在時間要求上相對較為緊迫，一旦延誤甚至會發生生產安全事故，需要對設備進行24小時不間斷監測，通過對其中旋轉機械的振動幅度、頻率、方向等物理量的變化，及時掌握設備的工作狀態，利用計算機記錄設備的運行參數，包括振動加速度、速度、位移等參數，通過和專家預置的信息相對比，一旦超過警戒值自動發出故障警報信息，故又稱為自動專家診斷系統。系統的核心是專家經驗，但是如何將各行業分散的專家經驗進行系統化和條理化，能夠統一運用到各行各業不同的設備上，是目前國內外許多專家正在研究的一個技術問題，因此這種診斷系統不能進行無縫移植，不能再不同設備間通用。即使市場上的專業振動監測公司，也是針對特定的設備設計和制造振動監測診斷系統，該系統具有唯一性和不可移植性。

（2）離線式振動監測是在有需要時，由人到設備現場，對設備各部位進行振動監測，可以將振動信號、數據采集后離開現場，進行仔細的分析、討論或模擬實驗，因此稱它為振動監測離線診斷。離線監測診斷在故障診斷深入程度上要比在線診斷具體的多，因此難度也較大。

振動監測離線故障診斷技術包括診斷思維方法、振動故障范圍及其特征（包括數據處理）和機理。但一般所說的故障診斷技術主要是指故障特征和機理，對于故障診斷思維方式和故障范圍的研究，目前還未有特別深入的研究。

（3）半導體行業相對電廠、礦場來說，設備的規模較小，但精度要求高，設備臺數多、種類多，需要監測的重點設備隨生產任務的變化會隨時改變，各生產線區域分開，甚至不在同一廠房。生產任務安排緊密，無法定時停機檢修。現有的在線式監測系統，安裝調試復雜，一旦應用于一套設備后，如需更換應用設備，要重新安裝調試，過程復雜、漫長；另外，對半導體生產來說，在線監測方式存在影響產品穩定性的可能。所以，在半導體生產線更適合離線式、便攜式的監測方式，由維修部門和使用部門合作，進行每日、每周點檢，持續性采集數據，然后針對不同的設備建立各自的數據庫，再分門別類的進行數據分析的方式進行。

綜上所述，我們只能借鑒現有的振動監測診斷技術，不能生搬硬套到我們的生產線上運用，還需要自行進行實驗研究，累積數據加以分析，以應用到我們生產線的設備上，而隨著生產任務越來越重，應用振動監測手段來減少設備停機時間，提高生產效率，也是非常必要的。

1.2國內外現狀和發展趨勢

上世紀70年代以來，美國的后勤工程（Logistic Engineering）、英國的設備綜合管理工程（Tero Technology）及日本的全面生產性維修（Total Productive Maintenance）的創立，標志著維修作為一門獨立的學科登上應用工程學的舞臺。伴隨著維修科學的發展，預測性維修作為一種新興的維修方式成為行業研究的熱點。

預測性維修最早在西方發達工業國家興起，目前已經是“工業4.0”提出的關鍵創新點之一，有資料顯示，德國工程行業現已普遍接受并理解預測性維護這一重要的行業趨勢。已有有部分公司著手深入解決這個問題。

預測性維修發展到現在，基本已經有了成熟的體系，如下所示

據知名物聯網研究機構Lot analytics2017年發布的報告指出，2016-2022年期間預測性維修的復合年均增長率（CAGR）為39％；到2022年，技術支出將達到10.96億美元（如圖四所示）。

圖四

報告數據基于110家從事預測性維修實施的技術公司相關業務的收入所得出，這些公司跨越13個行業和7個技術領域。

圖五顯示的是前二十名實現預測性維修的公司。

圖五

IBM利用數據分析和優化能力，幫助美國的普惠發動機公司實現預測性維修，從而防止由于發動機故障導致的飛機事故。

SAP發力預測性維修市場已然有多年歷史，并因此成為與“預測性維修”相關的關鍵詞搜索最多的公司。全球最大的空氣壓縮系統供應商之一的凱撒空壓機，借助SAP 預測性維修及服務解決方案實時監控壓縮空氣站的情況，并在客戶資產出現故障之前主動采取維護措施。

作為工業自動化的專家，西門子將預測維修應用于工廠設置和工業設備的自動化系統中。西門子于2016年10月在德國鐵路公司推出了為期12個月的預測性維修試點。西門子與美國致力于數據分析的Azima DLI公司合作，在NASA阿姆斯特朗飛行中心（冷卻系統）實施預測性維修。

在我國，也已有大量成功應用預測性維修的案例。如2015年3月，長春第一熱電廠鍋爐引風機進行了以振動監測為主的故障預測。2015年4月，首鋼長治鋼鐵有限公司軋鋼廠的楊誠潛在《山西冶金》發表了《狀態檢測與故障診斷技術在精軋機設備管理中的應用》一文，其中介紹了兩起以振動監測手段發現精軋機齒輪、滾動軸承故障隱患的案例。

我國的預測性維修技術還是處于較落后的階段，屬于個別零散的運用，沒有比較標準的，具有較好通用性的成熟系統。尤其是在半導體行業，更是沒有實施案例。

預測性維修是一個極為復雜的系統，振動監測及診斷技術是其中最為重要的一環，尤其是對有旋轉部件的設備來說，振動監測及診斷技術更是核心部分。半導體生產線的設備99%的都具有旋轉部件，想要在半導體生產線實行預測性維修，首先就要進行振動監測及診斷技術的研究。而針對半導體生產線的設備的特點，以振動監測手段來進行預測性維修，即簡便有效成本又低。

1.3 存在的問題

目前，存在的主要問題是，國內沒有振動監測在半導體生產設備上應用的經驗，更沒有累積的數據。現有的為一部分通用經驗和數據，再就是其他行業部分設備的應用經驗和實例。直接移植到半導體生產設備上將會有不適用現象。

1.3.1可能會對設備產生影響

在線式監測系統需要在設備上加裝大量傳感器，以及加裝大量線路，再連接到遠程端的在線振動監測控制箱或工控機，如圖六所示為鋼鐵廠精軋機在線監測系統，系統結構復雜，針對設備單一，一旦安裝不可移動。半導體生產線設備數量種類眾多，重點設備也是種類數量眾多，都建立在線式振動監測系統不太現實。另外，雖然半導體生產設備大多規模相對較小，但是精度要求高，動作維度多，復雜程度高，在線監測系統加裝的眾多傳感器和線路難免對其動過造成一定影響。包括過多的線路對設備是否會造成信號干擾也是不可預測。

圖六

1.3.2可能會對設備的狀態產生誤判

現有的離線式振動監測經驗多是在電力、礦場、化工等企業的設備上得來。如漢能華科技對風電企業風電機組的離線式振動監測；北京萬博振通對山東魯恒生電氣車間0.5MW電機的監測。這些設備有一些共同的特點：體型龐大，功率大，對精度要求低，經振動監測發現不正常時，往往有經驗的維修人員憑感覺也能發現振動、噪聲的異常，這時故障已經發生，造成了部分部件的損壞，大多數只是用振動監測的方式判斷故障發生的大概位置，進行亡羊補牢式的操作。如對某廠循環水泵（圖七）進行振動監測發現異常，此時拆解檢查后，發現電機軸承外圈跑圈（圖八），也就是軸承存在部分失效情況，此時在電機轉動時，軸承外圈和軸承安裝孔之間已經存在了相對運動，這時其實已經對部件造成了損壞（圖九），其實此故障在早期應該只是軸承轉動不暢，當軸承本身阻力達到一定程度時，由于一般軸承外圈和軸承孔之間為過渡配合，摩擦力相對較小，此時就會出現軸承外圈跑圈現象，造成故障擴大。

圖七

圖八

圖九

這種大型設備本身正常運轉時振動就大，故障前期的振動信號被隱藏在正常震動中，就造成了隱患發現延時的情況，但是如果監測信號放大過渡，又可能會造成誤報。與之相比，半導體生產線的設備體型小、功率小、精度高。正常運轉時振動很小，即使故障時的振動相對那些大型設備也是很小的，如果套用那些現有的大型設備的振動數據，恐怕會都被認為在正常工作范圍內，無法監測出問題，必須對采集的數據進行處理、分析，但是同樣的，如果數據處理的不合理，也會出現誤報現象。

總之，現有的在線式振動監測及診斷系統和離線式振動監測及診斷技術都是只適用于特定行業的部分設備，對半導體生產設備來說并不適用，直接簡單移植套用，不只起不到預測故障發生時間和部位以進行預測性維修的作用，還會造成無法發現隱患或故障誤報的情況，對正常的維修工作造成干擾。

1.4項目的作用和意義

本項目擬針對預測性維修中的的核心技術，振動監測及診斷技術在半導體生產設備維護維修中的應用問題進行研究，從而經過數據、經驗的積累，在半導體生產線運用此技術，減少意外停機，降低設備故障對生產造成的影響，提高生產效率；同時，通過對故障的預測，在故障前期進行維護維修，防止故障擴大，降低損失。

2研究目標

本項目的研究目標是：緊跟國際前沿技術發展趨勢，結合已有的研究成果，設計制作有自主產權的模擬半導體生產設備工作狀態的失效模擬系統，研究半導體生產設備機械動作部分故障前的振動變化狀態，通過實驗和數據的累積，運用現在先進的科技手段和數據分析手段，首先做到在試驗系統可以預測故障發生部位和時間，進一步以試驗得到的經驗和數據，結合實際生產用設備數據的采集工作，在實際生產線的重點設備上進行振動監測，達到預測重點設備故障發生部位和時間的目的，從而可以根據生產安排情況，開展預測性維修，減少設備故障對生產造成的影響；同時避免過度維修造成的浪費。

3.研究內容

通過監測采集數據，對采集到的數據進行分析，根據加速度、速度、位移等數據，進行對比，結合理論研究，對動作部件的工況進行判斷，通過研究數據的變化趨勢，對部件的狀態趨勢進行判斷，預測故障隱患部位及故障發生大概時間。應用前景

該項目完成后，將可以在半導體生產線中應用振動監測手段，在機械動作的故障前期發現隱患，從而可以根據生產安排，靈活有計劃的決定進行維修的時間，減少因臨時停機對生產造成的影響，同時可以避免故障擴大，減少損失。若技術成熟，簡化操作，可以很大程度上可以實隱患性機械故障的發現不再過于依賴有經驗的維修人員，推動預測性維修和全員維修在半導體行業的發展，提高行業的生產效率。可行性分析

作為項目承接單位，計量維修部是由原十九室和計量中心合并組成，十九室一直從事我所科研生產設備的維修工作，有大量的維修經驗，有力的技術支持，計量中心有豐富的計量、測試的理論知識和實際經驗，又有豐富的做項目的經驗，我們組成的計量維修部，一定可以發揮1+1>2的水平。項目團隊技術水平較高，熟悉半導體生產線的各種設備，具有豐富的維修經驗及設備理論基礎，項目負責人具備專業的技術知識和能力，具備完成該項目的研究基礎和研究條件。

需重點解決的技術難點，怎么讓其具有一定的通用性；如何在復雜的數據中區分出有效數據和干擾數據；如何把數據和部件對應起來。

5.1 具備的研究基礎

20世紀70年代以來，電子技術和信號處理技術的迅猛發展，轉子-軸承系統動力特性研究的不斷深入，有力地促進了大型回轉機械狀態監測和故障診斷技術的發展，使大型回轉機械狀態監測和故障診斷技術水平不斷提高。無論是用于離線監測和在線監測都有比較成熟的產品供選用，如德國vibro-meter在線振動監測系統，國內的航天智控AIC9900等。

在理論方面：國內有俞培松2007年在《同濟大學》發表的碩士學位論文《滾動軸承振動故障診斷技術的研究及其實際應用》；黃偉國2010年在《中國科學技術大學》發表的博士學位論文《基于振動信號特征提取與表達的旋轉機械狀態監測與故障診斷研究》。

在實際應用方面：陳珊珊、李鋼燕、何鳳英2006年在《中國設備工程》發表的《振動診斷技術在設備點檢定修中的應用》，介紹了振動監測在鞍鋼某廠步進式加熱爐風機故障診斷中的應用實例，并進一步說明了監測與診斷技術是實現點檢定修的基礎和重要手段；有楊誠潛2015年在《山西冶金》發表的《狀態檢測與故障診斷技術在精軋機設備管理中的應用》，介紹了振動監測在精軋機上的應用實例。

振動監測的應用在國內已有大量的論文提供理論支持和成功的實施案例。項目組具有豐富的半導體生產設備維修經驗，對設備機械結構有足夠的實踐基礎和理論基礎，熟悉各種設備的機械易發故障和部件失效方式。項目組成員均具有大學本科及以上學歷，具有學習振動監測理論知識的能力。綜上所述，項目組具有完成項目的基礎。

5.2 具備的研究條件

我所是國內最主要的半導體器件科研生產單位之一，在前道、后道都有多條生產線，設備數量、種類眾多，可以為項目的實施提供豐富的參考樣本，并且可以在日常做設備維修工作時，根據實際情況，隨時檢驗研究成果。

現有的分析方法和數據不知道是否適用于半導體生產設備狀況，需研究、測試、驗證。不同的設備，不同的結構，其振動數據都不一樣，如何在大量的數據中分辨出有效數據和無效數據，哪些數據是故障特征的表現，這是一個技術難點。

主要的風險是：雖然具有較好的理論性，但是沒有經過專業的技術論證，實施起來可能難度很大，而且每一項可能都需要大量的時間，整體實施下來可能需要的時間可能會超過預期。

采取的措施：在實際操作中優化各方案，隨時優化模擬系統結構和加速失效方法，加強學習振動理論和數據分析的方法，同時請各相關專業的學術機構對方案進行可行性論證和向各相關專業的專家請教學習。已實施的應用情況

前期以維修人員經驗為主，通過聽和觸摸判斷設備運行中振動狀態的改變，對設備動作部件的工作狀態進行定性判斷，主要實施案例如下：

1)印刷機的吸片風機噪聲異常，觸摸感覺振動劇烈，明顯超過正常運行的振動程度，判斷為軸承故障，通過拆解確認，軸承滾珠生銹，轉動卡頓，更換軸承后該風機運行狀態恢復正常，避免了因軸承卡死造成電機燒毀。

2)退火爐上舟故障，在維修時發現下舟驅動裝置噪聲異常，振動變大，判斷為直線軸承故障，對設備進行拆解檢查后發現4個直線軸承均出現不同程度的防塵圈老化有脫落物進入軸承內部，滾動體有銹蝕、磨損現象，其單獨在導軌上滑動時就有滾動體失效造成的動作不暢現象，所以造成了運行過程中的異常振動，同時還發現6個驅動軸承有不同程度的磨損，有的已經卡死不能轉動，但由于驅動軸承較小，卡死不轉不導致設備振動變化幅度較小，通過人的感覺無法提前發現。對損壞的軸承進行更換后，設備振動狀態恢復正常。

3)干泵在運行中噪聲、振動明顯變大，判斷其軸承磨損或轉子磨損，即將發生故障，及時尋找備用泵，在造成故障停機前對異常干泵進行替換，減少了因故障造成的設備停機時間。

4)加工中心在運行中主軸振動變大，判斷為主軸軸承磨損，需進行更換，及時對主軸進行維護，避免了主軸卡死造成更大的損失。

5)印刷機印刷頭在X方向運行時噪聲、振動明顯異常，判斷為滑軌滑塊磨損，提前訂購滑軌滑塊，在生產間隙進行更換后恢復正常，避免了因設備故障對生產進度的影響。

6)

濺射臺吊架轉動噪音、振動變大，用測振儀進行監測，加速度值在0.7~0.8~0.9~1.1m/s，速度為0.1mm/s，位移為0.003~0.004mm，由于該部件運轉速度較慢，轉速在15r/min，且故障現象較輕，尚能正常使用，認為速度值和位移值只具有一定的參考價值。其在低速運轉情況下，加速度值較大，且周期性變化明顯，說明在運行過程中具有一定的剛性沖擊，位移值和速度值較低，說明沖擊過程較短，程度較低。造成這種情況有兩種可能，一是軸承有間歇性卡頓，二是腔體內有障礙物對吊架的轉動的路徑造成了一定的遮擋。進行拆解后，去掉了電機、減速箱和吊架主體，僅對轉動機構進行檢測，加速度值為0.1~0.3m/s，因此時無法對其進行有效固定，速度值和位移值不具有參考性，周期性變化的加速度值進一步說明了具有間歇性的剛性沖擊，此時可以準確判斷為軸承具有間歇性的卡頓現象。進行拆解后發現軸承有銹蝕現象，且有大量脫落的銹蝕粉末。

濺射臺吊架轉動噪音、振動變大，用測振儀進行監測，加速度值在0.7~0.8~0.9~1.1m/s，速度為0.1mm/s，位移為0.003~0.004mm，由于該部件運轉速度較慢，轉速在15r/min，且故障現象較輕，尚能正常使用，認為速度值和位移值只具有一定的參考價值。其在低速運轉情況下，加速度值較大，且周期性變化明顯，說明在運行過程中具有一定的剛性沖擊，位移值和速度值較低，說明沖擊過程較短，程度較低。造成這種情況有兩種可能，一是軸承有間歇性卡頓，二是腔體內有障礙物對吊架的轉動的路徑造成了一定的遮擋。進行拆解后，去掉了電機、減速箱和吊架主體，僅對轉動機構進行檢測，加速度值為0.1~0.3m/s，因此時無法對其進行有效固定，速度值和位移值不具有參考性，周期性變化的加速度值進一步說明了具有間歇性的剛性沖擊，此時可以準確判斷為軸承具有間歇性的卡頓現象。進行拆解后發現軸承有銹蝕現象，且有大量脫落的銹蝕粉末。

濺射臺吊架轉動噪音、振動變大，用測振儀進行監測，加速度值在0.7~0.8~0.9~1.1m/s，速度為0.1mm/s，位移為0.003~0.004mm，由于該部件運轉速度較慢，轉速在15r/min，且故障現象較輕，尚能正常使用，認為速度值和位移值只具有一定的參考價值。其在低速運轉情況下，加速度值較大，且周期性變化明顯，說明在運行過程中具有一定的剛性沖擊，位移值和速度值較低，說明沖擊過程較短，程度較低。造成這種情況有兩種可能，一是軸承有間歇性卡頓，二是腔體內有障礙物對吊架的轉動的路徑造成了一定的遮擋。進行拆解后，去掉了電機、減速箱和吊架主體，僅對轉動機構進行檢測，加速度值為0.1~0.3m/s，因此時無法對其進行有效固定，速度值和位移值不具有參考性，周期性變化的加速度值進一步說明了具有間歇性的剛性沖擊，此時可以準確判斷為軸承具有間歇性的卡頓現象。進行拆解后發現軸承有銹蝕現象，且有大量脫落的銹蝕粉末。

對軸承進行更換后，單獨對轉動部分進行測量，加速度值為0.1m/s，且保持不變，對設備進行恢復安裝后，噪聲、振動情況恢復正常，同時產品濺射均勻度有所改善。案例分析：由于軸承間歇性的卡頓會造成吊架轉速的不均勻，從而影響到產品濺射均勻性，而產品在進行濺射時是在真空密閉環境下，操作者無法有效觀察到吊架旋轉狀態，設備本身只能設定吊架轉速，沒有對吊架轉速的實時監控，所以在進行生產時吊架的旋轉情況是不可知的，此次通過對吊架轉動過程中的振動監測，發現了隱性故障，改善了產品濺射的均勻性。階段總結

振動監測在半導體設備維修中具有一定的應用前景，通過依靠維修人員的聽和觸摸操作進行監測，可以判斷振動較為明顯的故障，但是針對本身振動較小、隱性的、振動改變輕微的情況，維修人員無法僅靠感官進行判斷，需要通過儀器輔助，難點是沒有任何經驗，外界也沒有半導體設備振動監測的經驗可借鑒，而且對于高精度的設備，能否真正進行有效的應用不可知，目前也沒有在高精度的設備上成功應用的機會和案例。后期計劃

在現有的條件下，工作中采集更多的數據，循序漸進，尋找在更高端的 設備上應用的機會，根據設備故障情況，可以先從某一設備的某一運動單元入手。

第四篇：《弦振動實驗報告》

弦振動的研究

一、實驗目的 1、觀察固定均勻弦振動共振干涉形成駐波時的波形，加深駐波的認識。

2、了解固定弦振動固有頻率與弦線的線密ρ、弦長 L 和弦的張力Τ的關系，并進行測量。

二、實驗儀器

弦線，電子天平，滑輪及支架，砝碼，電振音叉，米尺

三、實驗 原理

為了研究問題的方便，認為波動是從 A點發出的，沿弦線朝Ｂ端方向傳播，稱為入射波，再由Ｂ端反射沿弦線朝Ａ端傳播，稱為反射波。入射波與反射波在同一條弦線上沿相反方向傳播時將相互干涉，移動劈尖Ｂ到適合位置．弦線上的波就形成駐波。這時，弦線上的波被分成幾段形成波節和波腹。駐波形成如圖（2）所示。

設圖中的兩列波是沿 X 軸相向方向傳播的振幅相等、頻率相同振動方向一致的簡諧波。向右傳播的用細實線表示，向左傳播的用細虛線表示，它們的合成駐波用粗實線表示。由圖可見，兩個波腹間的距離都是等于半個波長，這可從波動方程推導出來。

下面用簡諧波表達式對駐波進行定量描述。設沿 X 軸正方向傳播的波為入射波，沿 X 軸負方向傳播的波為反射波，取它們振動位相始終相同的點作坐標原點 “O”，且在 X＝0 處，振動質點向上達最大位移時開始計時，則它們的波動方程圖（2）

分別為：

Y 1 ＝Acos2?(ft－x/ ?)Y 2 ＝Acos[2?(ft＋x/λ)+ ?] 式中 A 為簡諧波的振幅，f 為頻率，?為波長，X 為弦線上質點的坐標位置。兩波疊加后的合成波為駐波，其方程為：

Y 1

＋Y 2 ＝2Acos[2?（x/ ?）+?/2]Acos2?ft

① 由此可見，入射波與反射波合成后，弦上各點都在以同一頻率作簡諧振動，它們的振幅為｜2A cos[2?（x/ ?）+?/2] |，與時間無關 t，只與質點的位置 x 有關。

由于波節處振幅為零，即：｜cos[2?（x/ ?）+?/2] |＝0 2?（x/ ?）+?/2＝(2k+1)? / 2

(k=0.2.3.…)

可得波節的位置為：

x＝k? /2

② 而相鄰兩波節之間的距離為：

x k ＋ 1 －x k ＝(k＋1)?/2－k? / 2＝? / 2

③ 又因為波腹處的質點振幅為最大，即

｜cos[2?（x/ ?）+?/2] |

=1 2?（x/ ?）+?/2 ＝k?

(k=0.1.2.3.? ?)

可得波腹的位置為：

x＝(2k-1)?/4

④ 這樣相鄰的波腹間的距離也是半個波長。因此，在駐波實驗中，只要測得相鄰兩波節或相鄰兩波腹間的距離，就能確定該波的波長。

在本實驗中，由于固定弦的兩端是由劈尖支撐的，故兩端點稱為波節，所以，只有當弦線的兩個固定端之間的距離（弦長）等于半波長的整數倍時，才能形成駐波，這就是均勻弦振動產生駐波的條件，其數學表達式為：

L＝n? / 2

(n=1.2.3.…)由此可得沿弦線傳播的橫波波長為：

?＝2L / n

⑤ 式中 n 為弦線上駐波的段數，即半波數。

根據波速、頻率及波長的普遍關系式：V＝?f，將⑤式代入可得弦線上橫波的傳播速度：

V＝2Lf/n

⑥ 另一方面，根據波動理論，弦線上橫波的傳播速度為：

V＝(T/ρ)1/2

⑦ 式中 T 為弦線中的張力，ρ 為弦線單位長度的質量，即線密度。

再由⑥⑦式可得

f =（T/ρ）

1/2（n/2L）

得

T＝ρ /(n/2Lf)2

即

ρ＝T(n/2Lf)2

(n=1.2.3.…)

⑧ 由⑧式可知，當給定 T、ρ、L，頻率 f 只有滿足以上公式關系，且積儲相應能量時才能在弦線上有駐波形成。

四、實驗內容

1、測定弦線的線密度：用米尺測量弦線長度，用電子天平測量弦線質量，記錄數據 2、測定 11 個砝碼的質量，記錄數據 3、組裝儀器

4、調節電振音叉頻率，弦線長度和砝碼數量得到多段駐波，用米尺測量駐波長度，記錄頻率，砝碼質量，波數，波長。（靠近振動端的第一個駐波不完整，要從第二個駐波開始測量波長）

五、數據 記錄 及處理

1、弦線密度測定 弦線總長：2.00m

總質量：0.383g

σ=0.383/2.00=0.1915

g/m 2、砝碼質量測定：

蘭州 g=9.793m/s2 編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

質量/g 10.015 10.016 9.988 10.020 10.009 10.000 10.013 10.006 10.018 10.018 4.997

波數 波長 L/cm 張力 T/N 頻率 f/Hz 砝碼 m/g 9 17.30 0.049 45.04 4.997 8 17.38 0.049 48.17 4.997 7 16.13 0.049 49.26 4.997 6 20.31 0.098 43.70 10.015 5 23.16 0.098 16.51 10.015 4 30.60 0.196 53.21 20.031 3 41.44 0.343 54.81 35.022 2 69.50 0.980 50.00 100.093 T/N 0.049 0.049 0.049 0.098 0.098 0.196 0.343 0.980 v/m/s 0.506 0.506 0.506 0.715 0.715 1.012 1.338 2．262

lgT/N-1.309-1.309-1.309-1.009-1.009-0.708-0.465-0.009 lgv/m/s-0.296-0.296-0.296-0.146-0.146 0.005 0.126 0.354

六、實驗分析

本實驗結果基本符合經驗公式，但還存在誤差，分析有以下原因 ：

1、未等掛在弦線上的砝碼穩定就開始測量。

2、未等形成的駐波穩定就開始記錄數據。

3、用米尺測量時讀數不夠精確。

七、實驗問題 1、.如果要確定 v 與σ的關系，實驗應如何安排?

答：應準備材質不同的弦線，在頻率 f 和張力 T 一定的情況下，出現不同數量的駐波，測量對應波長 L，V=2Lf，作出σ—V 圖像。σ作為 V 的冪函數令σ=AV，兩邊取對數得 lgσ=lgA+BlgV 作 lgσ—lgV 圖像求 A,B.若 B=V,A=T 則公式推導正確。

2、弦振動時，使 N（波數）為偶數，將音叉轉 90°后，觀察現象，并說明原因。

答：旋轉音叉 90°波數變為 N/2。原因是音叉帶動的弦線由原來的左右擺動變成了前后擺動，形成的都是橫波，原來左右振動一個周期形成兩個波，旋轉 90°之后前后振動一個周期只形成了一個波，此時，電振音叉的振動頻率不變，但是弦線的振動頻率變為了原來的一半，所以波數減半。

第五篇：振動漫談讀書報告

南京航空航天大學

振動漫談

—論文

學號：011340107 姓名：汪長江 學院：航空宇航學院

專業：土木工程

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振動簡析及現象

機械振動的定義就是某一個物理量在它的平衡點的附近來回的運動或者就是物體經過它的平衡位置所做的一種往復的運動。也可以說成是物體的一部分或者是全部沿著直線或者是曲線往返的顫動，有一定的規律和周期有時為了簡便，人們也把它簡稱為振動。振動是一個比較重要的研究課題，早在1956到1957年，荷蘭的惠更斯研究成功的單擺機械鐘就是振動的應用。一直到了21世紀初期，人們的研究目標就是集中在了避免共振的問題上。共振一直是一個比較大的問題在我們的生活以及生產中都會接觸到一系列的振動源，例如風動工具，內燃機車，拖拉機，船舶和摩托車等。振動量就是用來衡量振動的強弱的一種量，物體的位移，速度以及加速度都是一些振動量，其中一些零件的壽命的降低就和振動有許多的關系，一旦振動的程度加大，也許就會對機器的某些零件產生一些損壞，導致它的功能失效，可能就是由于某個零件的失效，導致及其發生事故都是可能的。例如，透平葉片由于振動而引起的失效就會引起嚴重的事故

振動可以分為許多種類，按照產生的原因分類，可以分為自激振動，受迫振動和自由振動。如果按照振動的規律分，可以分為簡諧振動，隨機振動等等也可以根據其他的一些標準將振動進行劃分。其中簡諧振動是我們最常見的振動。

1.簡諧振動

簡諧振動是振動的一種形式。自變量為時間的正弦函數或者是余弦函數的一種振動，在我們的生活中是比較常見的。也是一種最簡單的振動。簡諧振動的特點主要有往復性，周期性，對稱性。彈簧拉一個小球左右或者是上下的擺動就是簡諧振動，還有單擺的運動也是簡諧振動的例子。

2.共振

振動頻率，加速度和振幅可以是影響振動的主要因素古希臘的阿基米德曾經說過：“給我一個支點，我會撬起整個地球”而現代的美國的發明家特土拉也說過，只要是給他一個共振器，他就能把地球一分為二。他曾經做過一個實驗，就是在未竣工的鋼結構架的樓房上面，把一個共振器的小物體放在其中一個鋼梁上，然后就是按動了按鈕，結果鋼梁就開始振動，慢慢的，延伸至整個大樓。這個事例足以說明共振的危害還有發貨的軍隊過橋，腳步聲和橋的固有頻率一致，

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使橋的振動加強，當壓力達到一定的程度，就發生了共振，以至于橋崩塌了，共振有時候也在威脅著人類的生活。

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院，大禮堂，演播室的墻面上都會加一些窗簾或者是泡沫之類的東西，讓它們吸收聲音的頻率，因此不容易發生共振。我們現在的生活中還有一種東西叫做消聲器由于現在生活節奏的加快，街上的喧鬧聲，鳴笛聲等等影響著人們的生活，聽力，休息，消聲器就是這么發展來的。它就是使從槍口噴射出的高壓氣體經過若干的氣室來吸收氣體的沖擊波，從而降低了槍口的噪聲。隨著科技的發展，會有更多的方法來控制振動的危害的

5.振動的應用

振動的技術是屬于一項比較交叉的學科。因此應用也就是比較廣泛的。它在土木工程中以及鑄造生產中都有應用。在建設樓房的時候我們都需要下地基，但是下地基打樁用傳統的錘子有些吃力。現在我們可以采用振動打樁技術，通過樁體產生的振源傳遞給土地，致使土地產生振動，然后土粒在振動下摩擦力減少，這樣樁就很容易的打進土里面了。冷卻以及烘干的振動機就是利用振動的例子。振動可以促使物料處于運動的狀態，利于氣流的通過，為熱交換創造了必要的條件。分選及混合的振動機也是類似的原理．還有許多利用振動的例子。醫學上也有好多利用振動的例子。比如現在有一款化妝品叫做 美伊美，深受廣大的婦女的喜愛。它的按摩機就是通過振動的原理工作的，這種機器有兩種工作頻率，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。

機械振動在生活生產中的實際應用。在現實生活中我們能看到很多機械都是運用機械振動這一學說理論來建造出來的。比如篩分設備、輸送設備、給料設備、粉碎設備等等機械設備都是將理論運用到現實生活中的結果。以下我就舉些例子來加以說明機械振動具體得在哪些產品中運用到了。先說說篩分設備，篩分設備是機械振動在現實生活中運用的最多的產品。比如熱礦篩、旋振篩、脫水篩等各種各樣的篩分設備。顧名思義，篩分設備就是運用振動的知識和篩分部件將不同大小不同類型的物品區分開來，以減少勞動力和提到生產效率。例如：熱礦篩采用帶偏心塊的雙軸激振器，雙軸振動器兩根軸上的偏心塊由兩臺電動機分別帶動做反向自同步旋轉，使篩箱產生直線振動，篩體沿直線方向作周期性往復運動，從而達到篩分目的。又如南方用的小型水稻落谷機，機箱里有一塊篩網，由發動機帶動連桿做往復運動，當水稻連同稻草落入篩網的時候，不停的振動會讓稻谷

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通過篩網落入機箱存谷槽，以實現稻谷與稻草的分離，減少人力資源，提高了農業效率。

輸送設備運用到機械振動也是很多的。比如：螺旋輸送機、往復式給料機、振動輸送機、買刮板輸送機等輸送設備。輸送設備就是將物體從一個地方通過輸送管道輸送到另一個地方的設備，以節約人力資源，提高生產效率。例如：廣泛用于冶金、煤炭、建材、化工等行業中粉末狀及顆粒狀物料輸送的振動輸送機，采用電動機作為優質動源，使物料被拋起的同時通過輸送管道做向前運動，達到輸送的目的。

給料設備在某種程度上與輸送設備有共同之處，例如：振動給料機、單管螺旋喂料機、振動料斗等設備。就拿振動料斗來說吧，振動料斗是一種新型給料設備，安裝在各種料倉下部，通過振動使物料活化，能夠有效消除物料的起拱，堵塞和粘倉現象，解決料倉排料難的問題。

鋼結構失穩監測。結構的穩定性可用結構的模態參數（主要是自振頻率和振型）進行描述。結構的模態參數是結構的一個非常重要的性態表現。它反映了結構的質量和剛度分布狀況，從結構的模態參數發生的變化，可以定性或定量地判別結構穩定狀態的改變。建筑結構的整體失穩往往是由于構件的老化或在地震等災害作用下，連接件或構件的局部失穩所引起，任何由于局部失穩而造成的質量和剛度矩陣的變化都將從頻率及振型量測值的變化上表現出來。如果發現當前所測的結構頻率及振型與原來的頻率及振型有差別，可以認為結構的質量和剛度矩陣發生了變化，頻率和振型的變化到一定程度，即結構中的部分構件、連接件的穩定性發生了變化或結構的整體穩定性發生了變化，因此可以通過對結構振動響應的測量信息，來識別結構或構件的模態參數，進而根據模態參數變化來判斷結構或構件的穩定性。

利用結構或構件的振動特性進行失穩監測和預估屈曲荷載的概念可以追溯到２Ｏ世紀３Ｏ年代，Ｓｏｍｍｅｒｆｉｅｌｄ試驗了一根懸臂柱，在柱的自由端附加一個變荷載，發現系統的固有頻率隨荷載的增加而下降，當頂端荷載達到柱的屈曲載荷時，固有頻率接近于０。２０世紀７Ｏ年代起。以Ｓｉｎｇｅｒ為代表的西方學者，結合航空航天事業的發展，利用振動頻率特性預估屈曲載荷方法對金屬桁條加筋圓柱殼進行了深入的研究，發現在臨界屈曲前，高載荷處的頻率急

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劇下降。中國國防科技大學雷勇軍等為了驗證復合材料圓柱殼的失穩與殼體振動頻率的關系，進行了復合材料圓柱殼在軸壓和外壓作用下失穩荷載的振動監測試驗。中國建筑科學研究院錢基宏 以一個簡單的２４單元六角星型球面鋼網殼結構為例，對薄殼的失穩與其振動特性之間的關系進行了研究。

大量的試驗和理論研究證明：①結構自振頻率與其所受載荷的大小有關，隨著所受載荷的增加，自振基頻在單調下降，當接近于屈曲失穩時，自振基頻急劇下降，失穩時，自振基頻下降到０。②根據結構或構件的振動特性與其穩定性之間的相互關系，通過一定的監測方法或手段，從實際結構或構件中提取反映其振動特性變化的參數，并根據該參數的變化趨勢就可以判斷結構或構件的穩定性。

利用ＧＰＳ實現的失穩振動監測ＧＰＳ作為一種新監測方法，由于其硬件和軟件的發展和完善，特別是高采樣率（目前有的采樣率已高達２０ Ｈｚ）ＧＰＳ接收機的出現．為高層和高聳鋼結構動態穩定性監測提供了一種新途徑。這種監測方法一般將監測點設在高層建筑物頂部或高聳鋼結構的最高點上，另外在被監測的建筑物附近設置兩個固定點，其中一點作為固定基準點，另一點作為參考點，各點均放置１臺ＧＰＳ接收機．數據的采集時間一般在風很小、天氣良好的夜晚，每次按動態觀測模式連續觀測約30分，數據采樣率 般可設置為0.5s，可得到監測點和參考點相對于基準點的三維坐標數據序列，對此數據序列進行分析，得到經均值化后的時程 曲線，經過采用頻譜分析法或小波分析法就可實現監測點的動態特征（頻率和幅值）的提取，將每次觀測得到的動態特征繪制成曲線，就可得動態特征的變化曲線，從而可以判斷鋼結構的穩定性。

該監測系統一般由４個部分組成：傳感系統、數據的采集和處理系統、通訊系統、監控中心和報警設備。傳感系統用于將待測物理量轉變為電信號；數據的采集和處理系統一般安裝于待測結構中，采集傳感系統的數據并對數據進行初步處理；通訊系統將采集并處理過的數據傳輸到監控中心；監控中心和報警設備利用具備診斷功能的軟硬件對接收到的數據進行分析并對結構的穩定性作出評估，如發現異常，發出報警信息。由于被監測建筑結構的復雜性，傳感器型號的合理選擇、傳感器的優化布置將是保證系統能否有效工作的前提和基礎，因為這直接影響到監測所獲信息的質量和數量。目前使用于鋼結構失穩監測的傳感器主要有：加速度傳感器、應變傳感器、光纖傳感器、壓電變頻器、形狀記憶合金傳感器和微電

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子力學系統傳感器等，其中加速度傳感器、光纖傳感器主要用于結構失穩的振動監測。傳感器的優化布置方案主要有Ｋａｍｍｅｒ提出的有效獨立法、Ｇｕｙａｎ模型縮減法、模態動能法等。

總而言之，機械振動在現實生活生產中的應用是多種多樣的，有的是直接應用，有的是間接應用。總之，科學的力量是強大的，只有把科學轉變為科技才能造化人類，造福社會。當然振動也是會帶來災害的，尤其是共振時，其災害是最危險的，以下我就舉例來說明下。

6共振的危害

古希臘的學者阿基米德曾豪情萬丈地宣稱：給我一個支點，我能撬動地球。而現代的美國發明家特斯拉更是“牛氣”，他說：用一件共振器，我就能把地球一裂為二!他來到華爾街，爬上一座尚未竣工的鋼骨結構樓房，從大衣口袋里掏出一件小物品，把它夾在其中一根鋼梁上，然后按動上面的一個小鈕。數分鐘后，可以感覺到這根鋼梁在顫抖。慢慢地，顫抖的強度開始增加，延伸到整座樓房。最后，整個鋼骨結構開始吱吱嘎嘎地發出響聲，并且搖擺晃動起來。驚恐萬狀的鋼架工人以為建筑出現了問題，甚至是鬧地震了，于是紛紛慌忙地從高架上逃到地面。眼見事情越鬧越大，他覺得這個惡作劇該收場了，于是，把那件小物品收了回來，然后從一個地下通道悄悄地溜開了，留下工地上的那些驚魂未定、莫名其妙的工人。

上面這一段是一本書中有關美國著名發明家特斯拉進行共振器發明的描寫，里面所說的“小物品”便是一個共振器。可以預見，若是他把這個小物品再開上那么十來分鐘，這座建筑物準會轟然倒地。這件共振器的威力主要在于它能發出各種頻率的波，這些不同頻率的波作用于不同的物體，就能夠相應地產生出一種共振波，當這種共振波達到一定程度時，就能使物體被摧毀。

想必有些人知道1940年11月7日那座舞動的塔科馬海峽大橋吧！大風吹著大橋而引起了機械共振最終導致了大橋的坍塌。在這事故中成功逃離的里奧納德·科茨沃斯（Leonard Coatsworth）在事后說道：“當我剛駕車駛過塔橋時，大橋開始來回劇烈晃動。當我意識到時，大橋已經嚴重傾斜，我失去了對車的控制。此時我馬上剎車并棄車逃離。我耳邊充斥著混凝土撕裂的聲音。而汽車在路面上來回滑動。我看到大橋徹底被摧毀的一幕，我的車也隨著大橋一起墜入了海峽。”

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以下是當時的圖片：

圖（1）、圖（2）中，大橋被風吹的東搖西晃，兩邊的幅度相差幾米，這完全不是一座堅硬的大橋，更像是一條柔軟的絲帶在風中翩翩起舞。大橋經不起這樣劇烈的搖晃，最終還是如圖（3）所示那樣坍塌了。可見不防止共振是會帶來很大的災害的。唯一值得慶幸的就是在這件事故中并沒有人員的傷亡。

當過兵的人都知道當部隊通過大橋時，一定是便步走過去而不是跨著整齊的步伐走過去。這是為什么？其實道理很簡單，這就是以防整齊的步伐所產生的周期頻率碰巧接近大橋的固有頻率，激起大橋的共振而導致大橋坍塌，因而造成不必要的損失。然后有些無知的軍官就犯了這樣不該犯的錯誤。1831年，一隊騎兵隊列通過英國曼切斯特附近的一座吊橋時，他們雄赳赳、氣昂昂，“嗒、嗒”的馬蹄聲節奏分明有力。突然，不幸的事情發生了，隨著一聲巨響，大橋莫名其妙地倒塌了，人與馬紛紛墜入河中，導致傷亡慘重。無獨有偶，在1906年，俄國首都彼得格勒有一支全副武裝的沙皇軍隊，步伐整齊、不可一世地通過愛紀華特大

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橋。這座大橋十分堅固，縱然跑過千軍萬馬也難以撼動。可是正在指揮官洋洋得意的時候，突然間橋身劇烈振動起來。然后伴隨著一聲巨大的斷裂聲，大橋崩塌了。頓時，軍官、士兵、輜重、馬匹紛紛落水，馬嘶人叫，狼狽不堪。究其原因就是整齊的步伐引起了大橋的共振，最終釀成了悲劇。

共振的危害是眾多的，例如：1995年7月初，天全某水泥廠2號機立窯在因故更換風機時，由于忽視了共振現象的產生和危害，僅在7、8兩個月時間里，就發生了連續損壞羅茨風機3臺和215kW電機一臺的重大設備事故，直接經濟損失達40多萬元。現場事故分析和補救措施處理的實踐證明：此次重大設備事故，是共振現象造成的，損失嚴重，教訓深刻。

共振會對人體產生危害，人體各部位都有不同的頻率，如眼球頻率約60ZH，顱骨最大約200ZH。把人體作為一個整體來看，如水平方向的固有頻率為3-6ZH，垂直方向的固有頻率約48ZH。因此，國家規定，要求各類振動機械頻率必須大于20ZH，盡量除去振動源的頻率與人體有關部位的固有頻率產生共振。

這樣的危害是可以避免的，只要我們能知道什么是共振就知道該如何去防止。共振這一物理現象并不是總給人類帶來危害，在很多情況下，人們可以巧妙地利用它來為人類服務。