weixin 发表于 2017-12-25 10:25

谈谈振动舒适度:什么是振动舒适度?研究难在哪里?

  1、什么是振动舒适度?
  Vibration serviceability直译应为振动的适用性、可服务性,工程分析时往往成为振动舒适度或振动舒适度问题。从善如流,这里称为振动舒适度。

  遍翻文献也没有找到一个合适的、令人信服的定义。从工程分析与评估的角度,称为“振动不舒适度”似更为恰当,可直观解释为“由于振动所引起的人的不舒适感觉”。借鉴并演绎一下一位大大牛的说法:技术术语的不统一反映了研究的不充分、不成熟,用来评价现阶段工程结构的振动舒适度问题现状,基本合适。

  振动不舒适的例子很多,也更容易理解。晕船、晕车是最典型的例子,长时间暴露在低频振动环境中,可造成不适、眩晕、恶心甚至呕吐等后果;短时冲击作用也会带来振动舒适度问题,比如电梯的瞬时启动和制动、运行列车的突然颠簸、办公室窗外道路上运行的重型卡车等引起的振动,会造成人的心悸、心慌。除去以上生理的,还有心理类的,比如明明没有实际的振动,但很多人观看虚拟现实场景 (VR) 时会有强烈的不舒适感。

  振动问题已经成为公认的7种环境公害之一,与雾霾并列。
  帆船酒店真的这么晃动起来住客会难过否?  图片来自:https://www.digitaling.com/articles/23855.html
  2、振动舒适度问题研究难在哪里?
  振动舒适度问题有三要素:振源、途径和评价标准。评价标准是最难的,也是目前整个研究链条上最薄弱的一环。难在哪里?

  (1) 其一是“人”,因为涉及到衡量人的主观感觉。

      · 文艺范的解释:舒适的感觉都是相似的,不舒适的感觉各有各的不适。

      · 技术流派的说法:人是由骨架支撑系统、神经系统、皮肤系统、血液系统等所组成的符合理论力学、材料力学、结构力学、电学、化学、物理学等基本原理,拥有最先进的光学和声学感知功能,且具有超强并行计算能力的复杂、非线性、随机动力系统,其随机性又因人而异,对外部刺激的反应必然也因人而异!

  “子非鱼,安知鱼之乐?”,“子非我,安知我不知鱼之乐?”。舒适度问题的研究有浓浓的哲学意味,都说科学的尽头是哲学,如此标准,难吧?Nature或Science吧?

  (2) 其二还是“人”。

  什么人来研究(工程师or医生)?研究什么人(男、女、老、少,中国人,外国人)?为什么人研究(驾驶员、乘客、运动的人、静止的人)?都是问题。现今流行学科交叉,振动舒适度问题简直就是学科混乱,文章写出来都不知道要投哪个圈子。

  3、Beyond Safety – 机会来了
  建筑结构是为人服务的,好的结构在保证安全的前提下,要能提供更好的服务性能。然而,建筑结构的研究者和设计师的重心往往全部在安全上。这一心结自古有之:“关于土木工程,建造师的责任依赖于破坏后果:若建筑倒塌导致房主儿子死亡,建造师的儿子抵命;若导致房主奴隶死亡,则建造师的奴隶抵命。” (汉谟拉比法典,1750 B.C.!)安全至上时,功能性就只能请使用者将就了,有例为证。
  上图中酒店在大风天时,服务员会给高楼层住户每人送一张纸条,告诉他们如果听到一些响声,不用担心,结构的安全没有问题,言下之意会有点振动,安全没问题,其他您将就一下。
  上图某景区的人行桥,晃动厉害,入口处虽有提示,但很担心老年游客会失去平衡而摔倒。其实,加点减振措施的费用,比可能的赔偿要少很多……。Anyway, 中国人民是最能忍耐的人民

  然而,当安全性不再是主要问题,使用者开始有了新的需求后,“人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾”开始凸显!

  设计师:房子可以抵御千年一遇的地震、百年一遇的台风…
  用户:南北通风吗?住着舒服吗?

  设计师:车辆的行驶速度可以达到350公里/小时!
  用户:晃的厉害吗?
  ……

  有矛盾的地方就有机会!将安全性和功能性(舒适性)并重,可能带来设计理念的革命性变化。

  异想天开一下,民用飞机的设计以安全为主,不过相信绝大多数人乘坐飞机的体验,抱怨、担心的是飞行途中的气流颠簸。从安全和舒适并重的角度,可采用建筑物隔振的概念,将乘坐舱和飞行部分独立设计,分离振源和受体,并通过减振装置连接,飞行部分确保安全,乘坐舱确保舒适。

  就工程结构的振动舒适度而言,学界已经开始重视这一新的问题和机会了。下图1是以“vibration serviceability”为主题词检索的CNKI中发表的研究论文数量的变化。同样的主题词,国际上1990年前有60篇论文(英文),1990-2000年间有60篇,2000年后情况见图2。如果仔细看看文章发表的国家分布(图3),很清楚:机会来了……
  图1 CNKI文章发表情况  图2 SCI文章发表情况(部分)  图3 SCI发表文章的国家分布
  来源:工程结构振动舒适度(ID:VibServiceability)
  作者:JackCHEN

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