振型

振型是指體系振動的形式，而與振動位移的大小無關。體系振動時，質點的振動位移隨時間而變化。當各質點位移均增大或減小某一倍數時，它的振動形式不變，而有一確定的振型。 ^[1] 

振型是結構體系的一種固有屬性，且理論得出的振型與結構體系實際的振動形態不一定相同。

振型是對應於頻率而言的，一個固有頻率對應於一個振型。按照頻率從低到高的排列，依次稱為第一階振型，第二階振型等等，指的是在該固有頻率下結構的振動形態，頻率越高則振動週期越小。

在實驗中，我們通過用一定的頻率對結構進行激振，觀測相應點的位移狀況，當觀測點的位移達到最大時，此時達到共振，頻率即為固有頻率。實際結構的振動形態並不是一個規則的形狀，而是各階振型相疊加的結果。

第一振型來的時候，在相同的時間裏，房子晃的次數少，但幅度大；第二振型來的時候，在相同的時間裏，房子晃的較快，幅度略小。 第三振型來的時候，比第二振型又表現的晃動快一些。自第一振型到第三振型，其地震週期由大到小。

振型有如下特點：

1. 結構自振頻率數=結構自由度數量；

2. 每一個結構自振頻率對應一個結構振型；

3. 第一自振頻率叫基頻，對應第一振型；

4. 結構每一振型表示結構各質點的一種運動特性：各質點之間的位移和速度保持固定比值；

5. 要使結構按某一振型振動，條件是：各質點之間的初位移和初速度的比值應具有該振型的比值關係；

6. 根據多質點體系自由振動運動微分方程的通解，在一般初始條件下，結構的振動是由各主振型的簡諧振動疊加而成的複合振動；

7. 因為振型越高，阻尼作用造成的衰減越快，所以高振型只在振動初始才比較明顯，以後則逐漸衰減，因此，工程的抗震設計中僅考慮較低的幾個振型。

人類對振型的利用自古以來就是全方位的。把脈，可能是人類運用振型比較悠久的一項技術了，雖然運用這項技術的人可能基本沒有任何力學基礎，但這並不妨礙他們根據前人和自己的經驗來運用它——也許他們不能科學地去解釋，但是他們的實踐顯然是很科學的。 ^[2] 

手裏拿一根細長竹竿，慢悠悠來回擺動，竹竿形狀呈現為第一振型；如果你稍加大擺動頻率，竹竿形狀將呈現第二振型；如果你再加大擺動頻率，竹竿形狀將呈現第三、第四…振型；從而形象地可知：第一振型很容易出現，高頻率振型你要很費力（即輸入更多能量）才能使其出現；能量輸入供應次序優先給低頻率振型；從而你也就可以理解為什麼結構抗震分析只取前幾個振型就能滿足要求。

測量振動系統的振型，就是測量各點的振幅比。由振動理論得知，對於具有高階振型的振動系統，在高階振動時具有振型節點（或節線）．節點（或節線）上無振動信號，節點（或節線）兩側的振動方向相反，而在兩個節點（或節線）之間必有一振幅的最大值。如果找到了各階振型的節點（或節線），就能估計各階振型。簡單的振動問題振型的測量，通常採用探針法、細砂粒跳動法、傳感器法，而複雜的部件、機器或結構，通常採用傳感器法。

一、探針法

用探針接觸試件並在試件上移動探針，當探針移動到振型節點（或節線）上時，振幅趨近於零；當探針移動到振型波峯或波谷時，振幅最大。測量時，可採用裝有傳感器的探針將各探測點的信號送入測振儀以判別振幅的大小。若無此探針，可用一細鐵棒，一端用手握住，另一端斜放在試件上．當試件振動時，細鐵棒將隨試件跳動，發出撞擊聲音，在試件上移動細鐵棒，觀察其跳動情況，以判別節點的位置。

二、細砂粒跳動法

細砂粒跳動法使用於平板振型的測定，它能找到處於水平面上的節線。測量時，用激振器對試件激振，使試件達到某階共振狀態，在試件表面撒上細砂粒（或鋸末屑），只要振動加速度超過重力加速度g，砂粒就會跳動，並逐漸移動到節線附近，從而顯示出節線的位置和形狀。

三、傳感器法

測試時，用激振器對試件激振，首先用共振的方法，測出試件的各階固有頻率，並調節激振力頻率等於某階固有頻率，使試件產生某階共振，這時試件所具有的振動形態為該階主振型。用傳感器測出試件上各點振幅和相位，即得到該階振型。 ^[3]