这种情况的一个常见例子是强风中灯柱的振动。自20世纪60年代以来,公路管理部门经常安装的轻型管状金属灯柱就是一种悬臂梁结构。竖直的柱体刚性固定在地面上,顶端装有灯具装置。如果将灯柱顶端拉向一侧然后释放,灯柱必定会发生振动。该振动的频率是灯柱刚度(单位顶端横向位移所产生的恢复力)以及柱体和顶端灯具装置质量的函数。灯柱越刚硬,振动频率越高;柱体和灯具装置质量越大,频率越低。
当风吹过灯柱时,空气动力效应(称为涡激振动或涡脱落)会在灯柱上产生一个振荡的侧向力。该侧向力的频率是风速和灯柱直径的函数。风致侧向力的振荡频率与灯柱顶端被横向位移后释放作自由振动时的频率,并没有理由恰好一致。在这种振荡侧向力的作用下,这类灯柱通常会随侧向力同步地左右振动。随着风速的变化,侧向力的频率以及灯柱振动的频率也随之变化。其他类型的灯柱,特别是钢筋混凝土型和较老的铸铁灯柱,似乎不表现出这种行为。这可以用它们较大的刚度来解释,我们稍后会看到。
弹性系统的振动中,系统可以自由地以其固有频率振动的,称为自由振动;而由振荡外力引起的(此时系统必须以外加激励的频率振动),则称为受迫振动。
其他大型结构也会像灯柱一样被吹过的风强迫产生振荡。由钢或铝制分段用螺栓连接并用钢索拉固的大型现代工厂烟囱会表现出这种类型的振动,悬索桥的悬索和吊杆以及电网系统的架空输电线也是如此。海上石油钻井平台的支柱可以被洋流和海浪强迫振动。飞机的机翼(由于刚性安装在机身中,也是一种悬臂结构)可能在气动载荷作用下振动,尤其是大气湍流引起的载荷。大型固定式工业机械通常用螺栓固定在地面上。如果这种紧固件承受较大载荷,通常会有少许松动,因此机械与地面的连接必须视为弹性的。如果机械在运转时产生内部侧向载荷(例如转子不平衡就会产生这种载荷),那么可以看到机械在其支座上以内生侧向载荷的频率左右摇摆。这种现象在静止汽车怠速时发动机的摇摆振动中经常可以观察到。众所周知,列队行进的队伍在过桥时被命令便步走。如果不这样做,整个队伍整齐的步伐会对桥梁产生周期性力。这种规则性力的危险性将在我们的分析中变得明显。所有这些情况在本质上都与风作用下灯柱的受迫振动相似。在大多数情况下,侧向力引起的振荡具有潜在的灾难性,工程师必须理解它们,以便在设计工程制品时能够避免受迫振动的破坏性影响。