不懂设备振动？先吃透这7种核心类型

振动是工程X域较常见的物理现象之一，也是结构损伤、设备故障的重要诱因。本文梳理了七种常见的振动类型——共振、涡振、颤振、抖振、喘振、驰振、涡街，帮助设备人更好的理解振动。

共振

系统受外界激励作强迫振动时，若外界激励频率接近于系统固有频率，强迫振动的振幅可能达到非常大的值，这种现象称为共振。

一个系统有无数个固有频率，工程中通常重点关注低频范围的系统频率。

共振是物理学中应用频率较高的专业术语。其定义是：两个振动频率相同的物体，当一个发生振动时，会引起另一个物体振动。

共振在力学中亦称“共鸣”，指物体因共振而发声的现象，如两个频率相同的音叉靠近，其中一个振动发声时，另一个也会发声。

共振的英文为 resonance，谐振与共振含义相同。

涡振

涡振是指在平均风作用下，气流绕流实腹断面后交替脱落的涡旋所引发的振动。桥梁涡振研究是空气动力学的一个分支学科。

桥梁涡振是一种兼有自激振动和强迫振动特性的有限振幅振动。它在一个相当宽的风速范围内，可保持涡激频率不变，产生一种“锁定”（lock-on）现象。

桥梁涡激共振的有限振幅计算是一个十分重要但又异常困难的问题，目前一定范围外尚未形成一套比较完整的桥梁涡振分析理论。工程实用上，通常采用半理论半实验的办法，以近似估算涡激共振的振幅。

涡振的英文为 vortex-induced oscillation。

颤振

颤振是指在气动力作用下，由于结构本身具有弹性和惯性，流动与结构互相耦合而发生的一种自激振动现象。

抖振通常指由于流动本身存在分离、激波附面层干扰等非定常特性，导致作用在弹性结构上的气动力呈现周期性变化，从而造成的结构强迫响应。在传统定义下，经典颤振属于自激振动。

此外，还有大攻角下的失速颤振现象。有学者认为，这类存在强分离条件的结构振动是颤振与抖振共存的。

颤振的英文为 flutter。

抖振

抖振在飞机X域中是指，在分离气流或尾流激励下，飞机部件发生的按其结构固有频率的振动。抖振的较主要例子是飞机的尾翼抖振。

当尾翼处于机翼、机翼-机身接合部或其他部件的尾流中时，尾流中的扰动迫使尾翼产生强烈振动。飞机在大迎角飞行时特别容易发生尾翼抖振，历史上曾因此造成严重事故。机翼的抖振来自其本身气流分离；在跨声速范围内，激波诱发的边界层分离则是导致抖振的另一重要原因。

抖振限制了飞机的可用升力系数和马赫数。防止抖振的措施通常是整流气动外形，以及恰当安排尾翼与机翼、机身的相对位置。

抖振是一种随机性振动，但在频域内呈现一定规律，其功率谱的主峰值一般与靠前阶固有频率相对应。

相较于颤振，抖振虽然不会立刻破坏飞行器结构，但增加的结构应力会降低飞行器疲劳寿命。同时，抖振还会对飞行器的气动性能、武器系统、机械电子仪器设备以及乘员的舒适性产生不利影响。严重的抖振还可能导致驾驶员失去操纵能力，危及飞行安全。因此，飞行器设计通常将抖振作为重要因素予以考虑。

抖振的英文为 buffeting。

喘振

喘振是透平式压缩机（也称叶片式压缩机）在流量减少到一定程度时所发生的一种非正常工况下的振动。离心式压缩机是透平式压缩机的一种形式，喘振对其有着严重的危害。

喘振的产生与流体机械和管道的特性有关。管道系统的容量越大，喘振越强，频率越低。

流体机械的喘振会破坏机器内部介质的流动规律性，产生机械噪声，引起工作部件的强烈振动，加速轴承和密封的损坏。一旦喘振引起管道、机器及其基础发生共振，还会造成更严重的后果。

喘振的英文为 surge。

驰振

驰振一般发生在正方形、矩形、直角形等具有复杂不规则非流线型截面的结构中。

驰振的产生机理是：升力曲线具有负斜率，使得空气升力产生负阻尼作用，结构因而能够持续从外界吸收能量，从而形成类似颤振的发散振动现象。根据产生机理的不同，驰振可分为尾流驰振和横流驰振两种。

尾流驰振是由绕过前方结构的波动性来流激发下游结构物产生的不稳定振动。斜拉桥的拉索、悬索桥吊杆较容易发生尾流驰振。

横流驰振是由升力曲线负斜率所引起的发散性弯曲自激振动。这种负斜率使得振动过程中结构的位移始终与空气力的方向广泛，结构不断从外界吸收能量，从而形成不稳定振动。横流驰振一般发生在具有棱角的非流线型截面的柔性轻质结构中，悬吊体系桥梁结构中的拉索和吊杆较有可能发生横流驰振。

此外，对于宽高比较小的梁式钢桥、高柔的大跨径斜拉桥、悬索桥桥塔以及连续钢构桥在较大悬臂施工阶段的主梁，都存在发生驰振发散的可能性。

驰振的英文为 galloping。

涡街

涡街是流体力学中的重要现象，在自然界中常可遇到。在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街。

如水流过桥墩，风吹过高塔、烟囱、电线等，都会形成卡门涡街。涡街由卡门提出，故又称卡门涡街。中国力学界代表性人物钱学森、郭永怀和钱伟长均曾在卡门实验室工作过。

若涡街的交替脱落频率与物体的声学驻波频率相重合，还会出现共振。

工业上的预热器、锅炉等多由圆管组成。流体绕流圆管时，卡门涡街的交替脱落会引起预热器箱中气柱的振动。如果涡街脱落频率与物体的声学驻波频率相重合，便会引发声学共振，使管箱激烈振动，严重时预热器管箱振鼓错开，甚至破裂。若改变管箱和气体的固有频率，使其与卡门涡街脱落频率错开，避免发生共振，则可防止设备破坏。

涡街英语是Vortex Street。

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