RULIK MORGAN

Обзоры горячих новинок и последний событий

Що таке вібрація? Як виглядає звук? Вплив звукової хвилі на органічну та біологічну матерію

Картинки по запросу звук конструкцию

У даній статті пропонується розглянути вібрацію, як негативний фактор впливу на конструкцію споруди, в якому передбачається перебування людей. Підвищена вібрація є небезпечною для життя людини, адже зневажливе ставлення до даного фіз. фактору може надалі спровокувати надзвичайна подія. а

Сама по собі людина є джерелом вібрації, її стан здоров'я залежить від частоти вібрації як окремих органів так і тіла в цілому. Так, наприклад, дослідження частот впливу на людське тіло за допомогою сучасних приладів спектрального аналізу (дослідження доктора Роберта Беккера) дають наступні дані:

Похожее изображение

Діапазон частот впливу на людське тіло та окремі органи

  1. Середня частота людського організму в денний час 62-68 Гц;
  2. Частота частин тіла здорової людини в діапазоні 62-78 Гц, якщо частота падає, значить, імунна система зазнала збитків;
  3. Основна частота мозку може бути в межах 80-82 Гц;
  4. Діапазон частот мозку 72-90 Гц;
  5. Нормальна частота мозку 72 Гц;
  6. Частота частин людського тіла: від шиї вгору лежить в діапазоні 72-78 Гц;
  7. Частота частин людського тіла: від шиї вниз лежить в діапазоні 60-68 Гц;
  8. Частота щитовидної залози і паращитовидних залоз 62-68 Гц;
  9. Частота вилочкової залози 65-68 Гц;
  10. Частота серця 67-70 Гц;
  11. Частота легенів (легкие ) 58-65 Гц;
  12. Частота печінки (печень) 55-60 Гц;
  13. Частота підшлункової залози 60-80 Гц;
  14. Частота кісток 43 Гц, при такій частоті кістки не мають свого імунітету, не дивлячись на свою твердість. Їх захищають м'які тканини з більш високою власною частотою;
  15. Застуда і грип почнеться у людини, якщо частота падає до 57-60 Гц;
  16. Якщо частота падає нижче 58 МГц, настає будь-яка хвороба, в залежності від її патогенного джерела;
  17. грибкова інфекція розростаються при падінні частоти нижче 55 Гц;
  18. Сприйнятливість до раку настає при частоті 42 Гц;
  19. Падіння частоти до 25 Гц - колапс, смерть.
Похожее изображение

Слід вживати особливих заходів захисту проти появи звукових коливань з наступними частотами, тому що їх збіг призводить до виникнення резонансу (збудження коливань одного тіла коливаннями іншого тієї ж частоти, а також відповідь звучання одного з двох тіл, налаштованих в унісон):

  • 20-30 Гц (резонанс голови);
  • 40-100 Гц (резонанс очей);
  • 0.5-13 Гц (резонанс вестибулярного апарату);
  • 4-6 Гц (резонанс серця);
  • 2-3 Гц (резонанс шлунка);
  • 2-4 Гц (резонанс кишечника);
  • 6-8 Гц (резонанс нирок);
  • 2-5 Гц (резонанс рук).

Підкрисено RULIK MORGAN, вібрація надає відчутний вплив на людину в частотному діапазоні 1,6 - 1000 Гц. Дія вібрацій на людину по-різному. Воно залежить від того, залучений чи в неї весь організм або його частина, від частоти, сили і тривалості. Надмірна вібрація може обмежитися відчуттям струсу (паллестезія) або привести до змін в нервовій, серцево-судинної, опорно-рухової системи. При хронічному впливі вібрації на людину в умовах виробництва можливий розвиток професійного захворювання - вібраційної хвороби. Захворювання характеризується стійкими патологічними порушеннями в серцево-судинної і нервової системи, а також в опорно-руховому апараті і високою інвалідизацією. Вібраційна хвороба знаходиться на одному з перших місць серед хронічних професійних захворювань.

Довгий час вібрація розглядалася в основному як шкідливий чинник - причина поломок, аварій, а також виробничих захворювань. І лише на початку минулого століття бере відлік період бурхливого розвитку вібраційної техніки, без якої зараз немислимий ряд важливих виробництв при видобутку та переробки корисних копалин, в хімічній технології, в металургії, в промисловості будівельних матеріалів і при будівництві різних споруд. Втім, окремі приклади використання вібрації відомі з дуже давніх часів, коли вона застосовувалася при просіюванні сипких матеріалів, при будівельних роботах і навіть в медичній практиці.

ВИМІР ВІБРАЦІЇ

Суттєва риса вібрації - нелінійний характер: результати дії двох або декількох факторів не складаються, а комбінуються, часом досить складним, несподіваним чином (приклад: в результаті збігу частоти серця людини з частотою музики виникає резонанс, в результаті якого серце відчуває перевантаження).

Вібраційна механіка - розділ механіки і теорії нелінійних коливань, який інтенсивно розвивається вченими Росії, України, Німеччини, Данії та інших країн. Вона служить, зокрема, теоретичною основою вібраційної техніки та технології. Виникла в нашій країні ця дисципліна не на порожньому місці. Вона базується на фундаментальних дослідженнях в області теорії нелінійних коливань та стійкості руху, в яких вітчизняна школа фізиків, математиків і механіків зіграла (і до цих пір грає) видатну роль. Йдеться про праці А.М.Ляпунова, Л.І.Мандельштама, Н.Д.Папалексі, А.А.Андропова, А.А.Вітта, Н.М.Крилова, М.М.Боголюбова, Н.Г. Четаева, І.Г.Малкіна, Б.В.Булгакова, А.І.Лурье і багатьох інших, в тому числі нинішніх вчених.

Поштовхом до розвитку вібраційної механіки послужила робота П.Л.Капица, опублікована в 1951 р, в якій вчений зміг за допомогою пари прийомів на вібрує маятнику (Рис. 1) досягти умови стійкості верхнього його положення, причому його рішення виявилося універсальним для більшості завдань. До цього, дана умова встановлювалося довгим досвідченим шляхом, і для кожної системи цей шлях був індивідуальним. У підсумку його робота стала основою для досягнення цієї стійкості в більш нелінійних і складних системах. Це призвело, по-перше, до вирішення ряду складних і важливих для додатків завдань про дії вібрації на нелінійні системи - в діапазоні від теорії механізмів і машин до небесної механіки. По-друге, був математично формалізовано апарат методу. Нарешті, по-третє, сформувалися концепції, названі автором вібраційної механікою і

Картинки по запросу вибрация звук
ТАК ВИГЛЯДАЄ РІЗНИЙ ДІАПАЗОН ХВИЛЬ

Вібрологія

Малюнок 2. Маятник, точка підвісу якого здійснює коливання за законом Asinwt (рух по траєкторії еліпса). Тут і далі кольорові стрілки показують напрямок вібрації. Верхнє положення маятника може стати стійким внаслідок вібрації його осі (а). Спостерігач V вважає це результатом того, що маятник підпирається в обох положеннях рівноваги незримими пружинами (б). Наявністю пружин пояснюється той факт, що маятниковий годинник на вібрує підставі завжди поспішають (тоді як пісочний годинник в цьому випадку завжди відстають).

В процесі експлуатації будівлі піддаються впливу вібрації як природної (пов'язаної з такими явищами, як вітер або землетрус), так і техногенної (викликаної діяльністю людини, наприклад, будівельними роботами, рухом транспорту). Вібрація може стати причиною пошкодження конструкції будівлі, знизивши її експлуатаційну надійність: зменшити стійкість, погіршити несучу здатність перекриттів. Ознаками зниження експлуатаційної надійності є поява тріщин, відірваних від несучого каркаса елементів і т.п. Тому вібрацію споруд слід постійно або періодично контролювати, щоб визначити, наскільки діючі вібраційні навантаження небезпечні як для конструкції в цілому, так і для окремих її частин.

Похожее изображение

Вібрація - це механічні коливання тіла. 

Вібрації природної та техногенної природи розрізняються за своїм характером. Як правило, вібрація від природних джерел зосереджена в області більш низьких частот, характеризується високою потужністю в джерелі і поширюється на більш далекі відстані. Така вібрація може викликати значні пошкодження будівель, тому в місцях постійного або очікуваної дії джерел вібрації природного походження (наприклад, в сейсмонебезпечних районах) до конструкції будівель пред'являють спеціальні вимоги.

Дослідження впливу вібрації на конструкцію будівлі проводять в тому випадку, якщо є підстави припускати, що цей вплив може призвести до пошкодження конструкції. Таке дослідження є багатоетапний процес, що починається на стадії проектування нових будівель і споруд в умовах дії існуючих джерел вібрації або нових систем, які є джерелами вібрації і можуть робити істотний вплив на зведені будівлі. На різних етапах проектування розробляють і уточнюють розрахункові моделі, в яких враховують динамічні властивості джерела вібрації, шляхи її поширення і особливості конструкції будівлі. Виходом моделі є відгук у різних точках конструкції.

Вібрація надає на конструкцію будівлі механічні дії, викликаючи тим самим зміна її стану. Напруга в кожній точці конструкції безпосередньо пов'язано з деформаціями, що виникають в цій точці, тому може бути виражено через параметри вібрації. При цьому пікові значення напруги пов'язані з піковими значеннями швидкості. Теоретично за результатами вимірювань вібрації можна визначити механічну напругу і порівняти його з допустимими значеннями для даного елемента конструкції в залежності від виду і тривалості впливу динамічного навантаження, властивостей будівельного матеріалу і типу конструкції.

При оцінці вібрації на несучі конструкції враховується стан матеріалу з яких вони зроблені, а також властивості грунту, на якому зведено будівлю.

ЯК ВИГЛЯДАЄ ЗВУКОВА ХВИЛЯ?

Похожее изображение
Так виглядає звукові хвиля різної частоти

Відповідно до класифікації з сейсмології, пошкодження будівель можуть бути:

  • Легкі (косметичні): тонкі тріщини в штукатурці і відколювання невеликих шматків штукатурки, поява тонких тріщин в розчині, що зв'язує цегляну кладку або бетонні блоки;
  • Помірні: невеликі тріщини в стінах, що проходять через цегляну кладку або бетонні панелі, відколювання досить великих шматків штукатурки;
  • Важкі: великі глибокі і наскрізні тріщини в стінах, тріщини в каркасі будівлі.

Важливою характеристикою джерела вібрації є тривалість створюваного збудження. Короткочасні імпульси або послідовність таких імпульсів, якщо вони повторюються нерегулярно або з низькою частотою повторення, при якій відгук встигає згаснути до приходу наступного імпульсу, не здатні ефективно розгойдати конструкцію будівлі на її резонансних частотах. Зазвичай частота власних коливань невеликих споруд висотою до 12 м знаходиться в діапазоні від 4 до 15 Гц, а частота власних коливань елементів конструкції, таких як стіни і перекриття, - в діапазоні від 10 до 30 Гц і вище.

Але якщо будинок протягом тривалого часу піддається впливу безперервної вібрації, то в окремих точках конструкції максимальні значення коливання можуть в 2,5 - 10 разів перевищувати значення коливань грунту в місці його контакту з фундаментом будівлі. Відповідно до цього вібрацію класифікують за тривалістю впливу. Вібрацію вважають короткочасної, якщо час дії джерела недостатньо для накопичення істотних втомних пошкоджень конструкції, а також для того, щоб розгойдати конструкцію в резонансному режимі. Всі інші джерела створюють довготривалу вібрацію.

Діапазон частот вібрації в різних точках будівлі залежить від джерела збудження, властивостей грунту, через який вплив передається на конструкцію, і передавальних характеристик конструкції. При деяких поєднаннях зазначених факторів (наприклад, при вибухах твердої породи, що проводяться на невеликій відстані від будівлі, або при роботі високошвидкісних машин) верхня межа діапазону частот може досягати 1000 Гц. Однак в більшості випадків при оцінці ризику пошкодження конструкції будівлі внаслідок впливу на нього вібрації техногенної природи досить проводити аналіз в діапазоні частот від 1 до 150 Гц.

Рівні вібрації можуть коливатися від одиниць до декількох сотень міліметрів в секунду в залежності від частоти збудження.

Характеристики вібрації, вимірюваної на конструкції будівлі, для різних джерел збудження техногенної природи наведені в таблиці 1.

Таблиця 1 - Типовий діапазон параметрів вібрації будівель для деяких джерел збудження

джерело збудженняДіапазон частот, ГцДіапазон переміщень, мкмДіапазон швидкостей, мм / сДіапазон прискорень м / с 2тривалість
Рух дорожнього (рейкового) транспорту1 - 801 - 2000,2 - 500,02 - 1Д / К
вибухи1 - 300100 - 25000,2 - 5000,02 - 50До
забивання паль1 - 10010 - 500,2 - 500,02 - 2До
Робота машин поза будівлею1 - 30010 - 10000,2 - 500,02 - 1Д / К

Примітка: Д - довготривалий процес; К - Короткочасний процес

Дані таблиці 1 взяті з ІСО 4866: 1990 «Mechanical vibration and shock - Vibration of buildings - Guidelines for the measurement of vibrations and evaluation of their effects on buildings» ( «Вібрація та удар. Вібрація будівель. Керівництво по вимірюванню вібрації та оцінки її впливу на будівлю »).

Основними факторами ушкодження конструкції є тип фундаменту і стан грунту, особливості конструкції. відстань до джерела. Тип фундаменту і стан грунту визначають динаміку системи на кордоні двох середовищ (грунт - фундамент будівлі). Так деформації фундаменту, яке викликане сейсмічними хвилями, прямо пропорційні пікового значення швидкості в точці фундаменту, але обернено пропорційні швидкості поширення цих хвиль в грунті. Оскільки швидкість поширення сейсмічних хвиль зростає при збільшенні жорсткості грунту, то одним і тим же деформацій (потенційних джерел появи тріщин) будуть відповідати великі пікові значення швидкості. Таким чином, якщо конструкція фундаменту забезпечує високу кореляцію між вібрацією фундаменту і грунту, то для будівель, зведених, наприклад, на скельній породі,

Основним параметром, використовуваним для оцінки вібрації будівель, є пікове значення швидкості, що вимірюється в напрямку трьох взаємно перпендикулярних осей х, у і z - v peak, x , v peak, y і v peak, z відповідно. Ось z спрямована вертикально вгору. Напрямки горизонтальних осей х і у залежать від точки вимірювань і визначаються особливостями геометрії конструкції в даній точці. Наприклад, при установці датчика вібрації на вертикальній поверхні блоку фундаменту, одну з горизонтальних осей вибирають в напрямку нормалі до даної поверхні, а при установці датчиків усередині будівлі напрямку вимірювань вибирають, по можливості, вздовж несучих елементів конструкції. Інший спосіб - направити одну з горизонтальних осей в сторону джерела вібрації.

Вигляд звукова хвилі під час руху

Для оцінки вібрації визначають v peak, max - найбільше з пікових значень, отриманих для кожного напрямку вимірювань:

v peak, max = max (v peak, х , v peak, у , v peak, z )

Залежно від типу використовуваного датчика вібрації вимірюваноївеличиною, крім швидкості, може бути прискорення з подальшим виконанням операції інтегрування.

Вимірювальна система повинна забезпечувати вимір пікового значення швидкості в діапазоні частот не менше ніж від 1 до 250 Гц і в діапазоні вимірюваних значень не менше ніж від 1 до 500 мм / с, а також забезпечувати реєстрацію часу спостереження пікового значення.

Типова вимірювальна система складається з датчиків вібрації, пристроїв узгодження сигналу, пристроїв зберігання даних, смугового фільтра з плосковершинной частотної характеристикою в заданому діапазоні частот вимірювань і показують пристроїв. Якщо для подальшого аналізу сигналу (в тимчасовій і частотній областях) використовують пристрої запису, ці пристрої також входять до складу вимірювального ланцюга.

Розширена невизначеність вимірювань пікового значення сигналу при коефіцієнті охоплення, що дорівнює двом, обумовлена ​​відхиленням амплітудно-частотної і фазово-частотної характеристик вимірювального тракту, дозволом системи по часу, нелінійністю системи в заданому динамічному діапазоні вимірювань, власними перешкодами в вимірювальної ланцюга і взаємним впливом каналів при роботі в нормальних умовах навколишнього середовища, не повинна перевищувати 20%.

Похожее изображение

ВПЛИВ ВІБРАЦІЇ  НА КОНСТРУКЦІЮ

Для вимірювання вібрації будівель зазвичай застосовують акселерометри або датчики швидкості (геофони). При використанні акселерометрів до складу вимірювального ланцюга повинно входити пристрій інтегрування для отримання сигналу швидкості. Оскільки така характеристика, як пікове значення швидкості, чутлива до фазовим співвідношенням в сигналі, особливу увагу необхідно звертати на точність реалізації фазово-частотної характеристики вимірювального ланцюга, що включає акселерометр і пристрій інтегрування.

При застосуванні геофонів слід враховувати, що власна частота коливань таких датчиків знаходиться в діапазоні від 6,5 до 9,5 Гц, тобто потрапляє в діапазон вимірювань вібрації. Після установки геофони, наприклад, в грунт, власна частота його коливань змінюється, але як і раніше може залишатися в межах діапазону частот вимірювань. Тому необхідно, щоб в вимірювальну ланцюг входило пристрій компенсації (зазвичай програмне) нерівномірності частотної характеристики в діапазоні частот вимірювань.

Зазвичай для аналізу сигналу з метою визначення частот, домінуючих складових використовують його цифровий запис за період вимірювань. Пристрій аналізу повинно забезпечувати відображення всього тимчасового сигналу за період вимірювань для визначення характеру вібрації.

Якщо вібрація носить яскраво виражений імпульсний характер, то з сигналу «вирізають» імпульс, де сигнал швидкості має максимальне значення, і подальшого аналізу піддають «вирізаний» ділянку реалізації.

Є два основні підходи до вибору місця вимірювань вібрації при оцінці її впливу на будівлю: європейський і американський. У США вимірюють вібрацію ґрунту поблизу фундаменту будівлі, а в Європі вимірювання проводять на самому фундаменті. Ця різниця має історичний, а не принципового характеру. Для оцінки впливу вібрації на конструкцію будівлі переважно вибирати точки вимірювання вібрації безпосередньо на конструкції.

Картинки по запросу вибрация тесла
Салфеджіо частот

Якщо провести вимірювання на фундаменті будівлі неможливо, то точки вимірювання повинні знаходитися на нижній частині (на висоті не більше 1 м від рівня грунту) зовнішньої несучої стіни будівлі. Рекомендується, щоб точки вимірювання перебували на тій стороні конструкції, яка звернена до джерела вібрації.

Коливання, викликані рухом транспорту або будівельними роботами (вибухами, забиванням паль), можуть посилюватися при їх поширенні вгору по конструкції будівлі. Тому рекомендується проводити додаткові вимірювання на верхньому перекритті будівлі. Для високих будівель (вище 12 м) рекомендується проводити додаткові вимірювання за допомогою датчиків, що встановлюються в ряд по вертикалі через кожні 12 м, щоб забезпечити можливість спостереження за характером зміни вібрації. Вібрацію вимірюють на несучих елементах, що визначають жорсткість конструкції, зазвичай поблизу її кутів.

Для протяжних будівель (довжиною понад 10 м) рекомендується на кожній стіні на одній висоті встановити кілька датчиків вібрації, по крайней мере, поблизу кутів і посередині стіни.

Вібрація міжповерхових перекриттів і перегородок може бути значно вище вібрації несучих елементів, проте вона зазвичай не пов'язана з ризиком пошкодження конструкції будівлі.

Картинки по запросу звуковая волна

При вимірі пікових значеннях швидкості датчики встановлюють на конструкцію або в грунт. При установці на конструкції кріплення датчика має бути жорстким, що не допускає кутових коливань, тому слід уникати установки датчиків на кронштейни та інші допоміжні пристосування. Якщо необхідно використовувати три датчика для вимірювання вібрації в трьох взаємно перпендикулярних напрямках, застосовують сталевий куб, який закріплюють на конструкції за допомогою шпильки або швидкотвердіючої смоли.

Установчий резонанс акселерометра повинен знаходитися на частоті вище 1000 Гц, щоб не впливати на результати вимірювань. Відхилення осі чутливості датчика від заданого напрямку вимірювань не повинно бути більше 5 °.

При установці в грунт, якщо дозволяє тип ґрунту, датчик можна закріпити на жорсткому сталевому стрижні (діаметром не менше 10 мм), вбитому в поверхневий шар грунту. Стрижень не повинен виступати над поверхнею землі більш ніж на кілька міліметрів. Особливу увагу слід приділити забезпеченню щільного контакту між датчиком і грунтом. У випадках, коли передбачуване значення прискорення може перевищувати 2 м / с 2 , стрижень для збереження свого становища всередині грунту повинен спиратися на жорстку майданчик.

Тривалість вимірювань залежить від категорії джерела вібрації. Періоди контролю, спостереження і вимірювань повинні бути визначені згідно з таблицею 2.

Таблиця 2 - Тривалість вимірювань.

Категорія джерелаперіод контролюперіод спостереженняперіод вимірювань
постійний впливДень / тиждень / період роботи джерелаДва періоду між піковими значеннямиОдин робочий цикл 1)
періодичне впливденьТри робочих циклу і більшОдин робочий цикл 1)
поодинокі впливуденьТри одиничних впливуКожне вплив 1)

1) Вимірювання проводять не менше трьох разів. Виміряні на кожному періоді пікові значення не повинні відрізнятися від середнього значення більш ніж на 10%. Якщо ця умова не виконується, додатково проводять ще три виміри.

1 - рівень вібрації; 2 - час (в годинах); 3 - період вимірювань; 4 - період спостережень; 5 - період контролю

Малюнок 1 - Тривалість вимірювань

Контроль правильності проведення вимірювань здійснюють шляхом періодичних перевірок працездатності вимірювальної системи на місці її установки і спостереженням за фоновим шумом. При перевірках на місці установки визначають передавальні характеристики всієї вимірювальної ланцюга - зазвичай методом порівняння.

Під фоновим шумом розуміють покази засобу вимірювань за відсутності досліджуваної вібрації. Якщо рівень вимірюваної вібрації перевищує фоновий шум менш ніж на 5 дБ, оцінка впливу вібрації на конструкцію будівлі може бути здійснена тільки після відповідної корекції результатів вимірювань.

Вимірювання вібрації будівель проводять з метою порівняння отриманих результатів із заданими граничними значеннями (критеріями оцінки). Основою всіх відомих і широко застосовуваних на практиці критеріїв є ризик легких (косметичних) пошкоджень конструкції.

Картинки по запросу вибрация звук
Руйнівний шум.

Оскільки ризик пошкодження конструкції залежить не тільки від пікових значень вібрації, виміряних в заданих точках, але і від інших факторів, критерії оцінки вібрації, по суті, являють собою корекцію результатів вимірювань відповідно до цими факторами. При цьому існуючі критерії можуть бути розділені за способом корекції на два види: частотно-залежні і комплексні.

Незалежно від застосовуваного критерію, всі вони побудовані за результатами статистичної обробки даних досліджень і базуються на припущенні, що при перевищенні зазначених граничних значень ризик пошкодження конструкції буде не більше 5%. Однак насправді лише невелика частина проаналізованих даних ставилася до ситуацій, де сталося пошкодження конструкції. Тому наведені граничні значення можна розглядати як консервативні.

Частота домінуючою складовою зазвичай знаходиться в діапазоні від 5 до 100 Гц, тому при побудові критерію обмежуються зазначеним діапазоном частот. Оскільки зведення кількох чинників до одного (частоті домінуючою складовою) неминуче призводить до втрати інформації, встановлені граничні значення слід розглядати як задані для «найгірших» умов, тобто в конкретних ситуаціях граничне значення може бути збільшено. При застосуванні комплексних критеріїв оцінки проводять корекцію граничного значення по кожному з факторів, що впливають: тип фундаменту і стан грунту, особливості конструкції, відстань до джерела.

Лабораторії ДБУ «ЦЕІІС» проводять комплексні обстеження будівель на вібраційні показники. Дані обстеження включають вимірювання вібрації, що впливає на фасад будівлі ззовні та вібрацію від інженерного обладнання. Для проведення вимірювань вібрації від інженерного обладнання для лабораторії ДБУ «ЦЕІІС» була розроблена методика МІ ВКФ-14-007 «Методика вимірювань віброприскорення в житлових і громадських приміщеннях», що дозволяє оцінювати вібраційний вплив від всіх основних джерел вібрації в будівлях і спорудах. Комплекс таких обстежень дозволяє своєчасно виявити і попередити подальший негативний вплив на людину і конструктив будівлі.

Продовжуючи переглядати Новости Украины (UAZMI), ви підтверджуєте, що ознайомилися з Правилами користування сайтом, і погоджуєтеся на використання файлів cookie