振动效应

拼音：zhèn dòng xiào yìng

 振动效应，引起的人的生理和心理反应。振动可根据其对人体发生作用的部位，分为局部振动和全身振动;又可根据其对人体作用的方向分为与人体头足轴平行的垂直振动、与人体胸背轴平行的横向振动和与人体左右轴平行的侧向振动。振动对人体并非都是有害的，但过量的振动对人体的生理和心理会产生程度不同的影响。

 振动传递

人体是一个复杂的共振系统。人体及其各种组织与器官都有其自身的共振频率。生物力学研究证明，人体全身垂直振动在4～8赫处有一个最大的共振峰，称为第一共振频率。它主要由人体胸腔共振频率产生对胸腔内脏影响最大。在10～12赫和20～25赫附近有两个较小的共振峰，分别称为第二和第三共振频率。第二共振峰主要由人体腹腔共振频率产生，对腹部内脏影响最大。此外，头部的共振频率约为2～30赫，心脏约为5赫，眼约为18～50赫，脊柱约为30赫，手约为30～40赫，臀和足部约为4～8赫，肩部约为2～6赫，躯干约为6赫。人体的振动传递与人体骨骼、姿势(站姿或坐姿)和座椅型式等有关。因此，在设计车辆和车辆座位时，必须考虑人体共振频率，采取减振措施，尽量避开人体共振效应。

振动界限

人体振动界限与振动源的振动频率、振幅和暴露时间有关。按其影响程度大致有4种情况：

1、感觉阈：刚刚能引起人的振动感觉的振动

2、不舒适阈：使人产生不舒适、不愉快的振动

3、疲劳阈：引起人体疲劳、工作效率降低和使人体产生生理效应的振动。对于短期的超疲劳阈所导致的生理心理反应，当振动停止后,经休息可以得到恢复

4、极限阈(或危险阈)：超过人体生理心理负荷的振动。超过极限阈的振动对人体不仅引起严重的生理心理效应，还会产生病理性损害。

生理效应

一般认为，弱的振动主要引起人体组织和器官的位移、变形、挤压,从而影响其功能;强的振动引起人体组织和器官的机械性损伤，如撞伤、压伤、撕伤等;在中等强度(1～10米/秒2)软声频作用下，心率、心输出量、肺通气量、氧摄取量增加。强烈的低频振动可抑制胃肠道蠕动和消化液分泌。1～2赫的振动具有催眠作用;高频较强的振动或不稳定的振动则提高觉醒水平。长期中等强度的振动可引起头、颈、背、下肢的肌肉紧张、肌肉疲劳、活动能力下降;长期剧烈的振动可引起肌肉萎缩，肌张力下降，有时出现局部肌肉痉挛，坐骨神经痛，臀部和会阴部疼痛。大幅度的振动可引起姿势不稳而产生抓握性防御反射，更强烈的振动可使骨骼系统振动和出现血斑。

工作影响

振动影响视锐，其损害程度与振幅成比例，10～20赫的振动影响最大。人体或目标的振动使注视发生困难，也使视觉搜索或判读仪表等工作难以完成。振动使嗓音发抖而影响言语质量。头、手或脚的振动影响操纵活动的速度和准确度。振动使追踪工作效率下降，其衰减量与振动的振幅成比例，而且与追踪操纵运动轴向一致的振动影响更大。振动使脚部用力的稳定性下降，影响脚部动作的速度和准确度。肢体和人机界面的振动使动作不协调，操纵误差增加。长期接触振动可使手部骨质变形、肌肉萎缩、感觉减退、血管收缩以至肌力下降而影响操作能力。振动使大脑觉醒水平下降、注意力分散、思维难于集中、空间定向困难、疲劳，从而加剧振动对心理功能的损害。

对地铁运动影响

城市化进程的加快，中国已进入大规模发展城市轨道交通的阶段，越来越多的地铁线路投入运营，人们也逐步认识到尽管地铁总体上较其他交通方式污染较少，但仍然不能完全避免对沿线周围环境的影响，特别是振动污染较其他城市交通方式更为显著，地铁引起的振动对建筑物特别是古旧建筑物的结构安全，以及其中居民的工作和日常生活产生了很大的影响。因此，在大规模规划建设轨道交通体系的同时，研究分析其对周围建筑物的振动影响具有重要意义。地铁运行引起的振动及其传播，随着城市面积的扩大和社会节奏的不断加快,地铁运行对周围环境的振动影响问题亦越来越严重。国际上早已把振动列为一大环境公害,国内外学者已着手研究地铁振动产生的原因、传播规律、对周围环境及人体的危害和控制方法。对于轨道交通系统,由于地铁列车的移动，车轮与轨道接触引起轨道周期性的振动，以及车轮在轨道接缝处引起的冲击振动。这些振动经钢轨通过道床传到隧道结构，再通过隧道结构传递到周围的土层中,进而通过土层向四周传播，发了附近地下结构以及地面建筑物的二次振动。

地铁隧道振动的传播主要以横波、纵波和表面波的形式传播，日本的ErichiTaniguehi研究表明：位于地下2m深处的振动加速度值为地表的20%～50%;4m深处为10%～30%。可见在地铁运行产生的振动中，表面波占主要地位,对建筑物有直接影响。地铁隧道振动的传播与振动频率等动力特性以及土层分布、土质、地下水、障碍物等有关,并且,由于各地域土层分布差别较大,地铁振动引起的动力响应及波的传播特性不尽相同，因此地铁运行引起的振动及其传播规律较为复杂且具有地域性。地铁振动对建筑物的影响为缓解交通压力，地铁不得不穿过城市中密集的居民区、商业中心，而且目前都是采用浅埋方式，地铁隧道离建筑物越来越近。将来随着地铁交通系统规模的不断扩大，地铁隧道邻近建筑物的情况越来越多，同时地铁运行的总体密度逐步提高，振动的影响日益增大。

对某城市地铁车辆段附近进行的现场测试结果表明，当地铁列车以15～20km/h速度通过时，地铁正上方居民住宅的振动高达85dB,如果地铁速度达到正常运行时的40km/h，甚至最高时的70km/h时，其振级应该还要大得多[4],可见列车运行引起的振动已不同程度地影响了建筑物的安全和居民的日常生活。广州地铁一号线上的一幢9层框架房屋,实测数据表明室内的Z振级为79.2～85.2dB，出了《城市区域环境振动标准》 (GB10070-88)规定的城市“混合区”，即一般商业与居民混合区昼间Z振级标准75dB、夜间72dB的要求。振动对建筑物的影响，轻微的会出现墙皮剥落、墙壁龟裂、地板裂缝，严重则导致基础变形或下沉。许多发达国家制定了建筑物允许的振动标准。日本规定,对于教堂、旧纪念馆的位移允许值为0.127mm，振动速度允许值v=5mm/s，振动加速度允许值为0.102g;德国也制定了根据不同的振幅或速度和频率，评估对建筑物可能造成损坏的各种情况：无损坏、粉刷出现裂缝、承重结构可能损坏、承重结构损坏但中国尚无相应的专门标准，只能参照一些相关的标准进行建筑物的振动评估。地铁的运行是一个长期的、每天均持续很长时间的过程，即使不足以在短时间内对建筑物产生明显的影响，长期积累之后,对建筑物的疲劳损伤、安全性能下降等方面的结果如何，都需要进行较为准确的评估。

对地铁运行引起邻近建筑物的振动问题，除了需要研究振动对建筑物的影响及需采取的相应措施，还需研究建筑物的振动对其中人员造成的影响及需要采取的相应措施。在某种情况下，即使地铁运行引起的振动不足以影响建筑物的安全性，但由于干扰频繁，也会对建筑物内的人员产生一定的生理、心理影响。随着全社会环保意识及环境标准的提高，地铁系统的振动影响将日益引起人们的关注。

防护措施

最重要的积极措施是在设计和各种技术措施中，使振动降低，达到一定的安全标准(舒适界限、工效界限或露限度)。采用防振弹性垫，将振动减弱到对人体只有极小的传递。此外，还可采用束带系统，防止胸腹部内脏位移，配置适宜坐姿的座椅等。

色彩运用

振动是颜色闪烁效应中的一员，在上个世纪60年代当光效应艺术(OpArt)深受欢迎时这种效应曾风光一时。特别是BridgetRiley及Vasarely等艺术家的作品。通过对一组线、点及图案的排列可以在产生一种动感的视觉效应。同时，当你长时间观察这些图片时会让人感觉不舒服。正如艺术历史学家ErnstGombrich所写到：“佩服这些作品的创造性，也很享受其中的乐趣，我也知道如果他们被排斥在主流艺术之外，那这些艺术家是不应该受到谴责的。”

振动效应发生在两种对比强烈的颜色边缘上，这两种颜色色相有着强烈对比但在明度上却很接近。红色是最容易产生这种现象的颜色，因为其色彩明艳，明度适中，如在下图所示，所产生的效应是很强烈的。在一些自然图案上可以应用振动效应，如下图将斑马的黑色斑线应用红、绿、蓝三原色。如果白色的区域变成灰色，这种视觉上的振动会更加明显。

这是与振动效应相反的另一种效应。在这种效应中，明度相似但不同色相的颜色使到其交接边缘似乎消失了，或者难以辩认。就象蓝天上不同的白云及乌云堆积起来时所看到的现象——天空与云层的中间交接似乎融为一体。这种效应与同时对比的效应有些相似，强烈的颜色对比使到同一种颜色呈现不同的感觉。的眼睛觉得上下两个浅蓝的区域颜色并不一样感觉下面的蓝色要比上面的蓝色要深一些，但一旦将平放的深蓝及黄色带子移开，却证明了中间的那个浅蓝色其实是同一种颜色。