Вібрація

Вібра́ція (від лат. vibratio — тремтіння, коливання) — механічні коливання твердих тіл або їхніх частин відносно положення рівноваги, що виникають під дією змінних у часі сил або внутрішніх процесів у системі.

Історична довідка

Перші уявлення про коливальні процеси сформувалися в античній науці у працях Піфагора та Арістотеля, які досліджували гармоніку музичних струн і природу звуку. У добу ранньої класичної механіки (початок Нового часу) значний внесок у становлення теорії коливань зробили Г. Галілей (експериментально досліджував рухи маятника) та Х. Гюйгенс (розвинув теорію маятника і синхронізації коливань). Основи класичної механіки, що дозволили описувати вібраційні процеси, заклав І. Ньютон. У 18–19 ст. математичний опис коливальних систем сформували Л. Ейлер та Ж.-Л. Лагранж, які розробили апарат диференціальних рівнянь для механіки багаточастинкових систем. У 20 ст. теорія вібрації стала окремим розділом механіки та інженерії, яку активно застосовують у машинобудуванні, гірничій справі, будівництві та сейсмології.

В Україні розвиток досліджень вібраційних процесів пов’язаний із становленням гірничої, машинобудівної та будівельної науки у 19–20 ст. Значний внесок у вивчення динаміки механічних систем зробили наукові школи Київського політехнічного інституту (тепер Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського») та Катеринославського вищого гірничого училища (назва змінювалася; тепер Національний технічний університет «Дніпровська політехніка»). У гірничій справі особливу увагу приділяли сейсмічному ефекту вибухових робіт, динамічній стійкості масивів гірських порід і вібраційному впливу гірничого обладнання. У 2-й половині 20 ст. в Україні сформувалися наукові напрями з вібраційної механіки та гірничої динаміки в установах НАН України, зокрема в Інституті геотехнічної механіки ім. М. С. Полякова НАН України, де досліджували питання поширення сейсмічних хвиль у масивах гірських порід, зниження динамічних навантажень від вибухових робіт і оптимізації режимів роботи гірничих машин. Суттєвий доробок у теорію і техніку вібрацій внесли українські вчені С. Тимошенко та Г. Писаренко. У 21 ст. школа механіки представлена в Інституті механіки ім. С. П. Тимошенка НАН України. Тут досліджують задачі динаміки коливань, акустики та взаємодії конструкцій із середовищами (рідинами, газами, пружними тілами)

Характеристика

Вібрація є однією з форм механічного руху — періодичного або квазіперіодичного. Широко проявляється в природі, техніці й технологічних процесах. Може бути гармонічною, випадковою або ударною. Основні параметри: амплітуда, частота, швидкість та прискорення коливань.

Головні причини виникнення: дисбаланс обертових мас, періодичні сили в механізмах, турбулентні потоки рідин і газів, ударні взаємодії елементів конструкцій. У разі наближення частоти зовнішнього впливу до власної частоти системи виникає резонанс, що призводить до різкого зростання амплітуди коливань. Вібрація є одним із важливих фізичних факторів, оскільки впливає на надійність техніки, точність технологічних процесів, довговічність споруд і здоров’я людини.

Класифікація

Механічні коливання класифікують за різними ознаками.

• За природою виникнення: вільні, вимушені, параметричні.
• За характером сигналу: гармонічні, поліхроматичні, випадкові, ударні.
• За напрямом: поздовжні, поперечні, крутильні.

Дія вібрації

У  т е х н і ц і  т а  п р о м и с л о в о с т і вібрація супроводжує роботу більшості технічних систем і має як корисні, так і небезпечні прояви.

Використання вібрації:

• ущільнення сипких і бетонних сумішей;
• грохочення та класифікація матеріалів;
• інтенсифікація масообмінних процесів у хімічній та гірничо-збагачувальній промисловості;
• вібраційне буріння та руйнування гірських порід;
• вібраційні конвеєри та живильники для транспортування матеріалів;
• ультразвукові технології обробки та очищення деталей у машинобудуванні та мікроелектроніці.

У турбомашинах, двигунах внутрішнього згоряння та електромеханічних системах вібрація виникає через дисбаланс ротаційних мас, пульсації робочих середовищ та періодичні сили. Неконтрольована вібрація може призводити до зношення і втомного руйнування деталей машин, порушення точності роботи високоточних механізмів, негативно впливає на персонал тощо.

В  а в і а ц і ї  вібраційні процеси мають критичне значення для міцності та динамічної стійкості конструкцій літальних апаратів. Особливо небезпечним є флаттер — самозбуджувані аеропружні коливання, що виникають унаслідок взаємодії аеродинамічних сил, пружності конструкції та інерційних ефектів. Флаттер може призводити до швидкого наростання амплітуди коливань і руйнування елементів авіаційного крила, оперення або інших несних поверхонь. Для запобігання цьому явищу застосовують аеродинамічне балансування, підвищення жорсткості конструкцій та випробування на флаттер у вітрових тунелях.

У  б у д і в е л ь н и х  к о н с т р у к ц і я х  вібрація виникає під дією вітрових навантажень, сейсмічних впливів і транспортного руху. Особливу увагу приділяють резонансним явищам у мостах, висотних будівлях і промислових спорудах, де вібрація може накопичуватися і викликати небезпечні коливальні режими.

У  г і р н и ч і й  с п р а в і  вібрація проявляється під час буропідривних робіт, роботи дробарок і млинів, транспортування руди, роботи вібраційних сит і живильників тощо. Особливо важливими є сейсмічні коливання від вибухових робіт, які впливають на стійкість масиву гірських порід та інженерних споруд.

Вплив вібрації на людину і довкілля

Тривалий вплив вібрації може викликати так звану вібраційну хворобу, що спричиняє ураження нервової і опорно-рухової систем людини. Для нормування впливу на людину застосовують гранично допустимі значення параметрів вібрації, зокрема:

• загальна вібрація (робочі місця) — кориговане віброприскорення не повинно перевищувати 0,45 м/с²;
• локальна (ручна) вібрація — еквівалентне віброприскорення за 8-годинну зміну не повинно перевищувати 2,5 м/с²;
• короткочасні пікові навантаження регламентовані за спектральним аналізом у діапазоні частот 1–80 Гц (для загальної вібрації) та 8–1 000 Гц (для локальної).

У довкіллі вібрація може викликати мікродеформації ґрунтів і гірських порід, пошкодження будівель та інженерних споруд, акустичне навантаження (вторинний шум). Для інженерних споруд і геотехнічного середовища орієнтовні граничні значення визначають за швидкістю коливань:

• для житлових будівель допустима швидкість коливань фундаменту зазвичай не перевищує 2–5 мм/с (залежно від частотного діапазону та типу споруди);
• для промислових і масивних конструкцій допустимі значення можуть зростати до 10–20 мм/с.

Перевищення 20–30 мм/с у більшості випадків розглядається як зона потенційного пошкодження або втомного накопичення деформацій.

Оцінку впливу вібрації здійснюють комплексно — за віброприскоренням (для людини) та швидкістю коливань (для споруд і масиву гірських порід), з урахуванням частотного спектра та тривалості впливу. Рівень вібрації регламентують санітарно-гігієнічні норми та технічні стандарти, які визначають допустимі рівні, частотні діапазони, час експозиції.

Для захисту від вібрації використовують методи контролю та її зниження. Основні заходи: балансування обертових систем, застосування демпферів, [віброізоляція]], оптимізація режимів роботи машин, використання амортизаторів.

Джерело

1. Про охорону праці: Закон України № 2695-XII від 14 жовтня 1992 р. // Відомості Верховної Ради України. 1992. № 49. Ст. 669. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/2694-12#Text

Література

1. Thomson W. T. Theory of Vibrations. London : Nelson Thornes, 1996. 560 p.
2. Tongue B. Principles of Vibration. Oxford : Oxford University Press, 2001. 518 p.
3. Inman D. J. Engineering Vibration. Upper Saddle River : Prentice Hall, 2001. p.
4. Повідайло В. О. Вібраційні процеси та обладнання. Львів : Національний університет «Львівська політехніка», 2004. 248 с.
5. Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. Дніпро : Донбас, 2004. Т. 1. 640 с.
6. Шмиг Р. А., Боярчук В. М., Добрянський І. М. та ін. Вібраційна обробка // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / за заг. ред. Р. А. Шмига. Львів : [б. в.], 2010. С. 48.
7. Лановенко О. Г., Остапішина О. О. Вібрація // Словник-довідник з екології . Херсон : ПП Вишемирський В. С., 2013. С. 37.
8. Den Hartog J. P. Mechanical Vibrations. New York : Dover Publications, 1985. 436 p.
9. Reynolds D. D. Engineering Principles of Mechanical Vibration. Bloomington : Trafford On Demand Publishing, 2016. 485 p.

Автор ВУЕ

В. С. Білецький

Покликання на цю статтю: Білецький В. С. Вібрація // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Вібрація (дата звернення: 11.10.2026).

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 08.06.2026