结构振动控制理论与应用现状分析概要
文章编号:100926825(20091920059202
结构振动控制理论与应用现状分析
收稿日期:2009203206
作者简介:徐飙(19702,男,工程硕士,高级工程师,中水淮河规划设计研究有限公司,安徽蚌埠233000
徐飙
摘要:主要介绍了结构振动控制的概念、基本原理以及分类,阐述了被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制的不同特点,最后对结构振动控制的应用现状和发展前景做了展望。关键词:结构振动控制,概念,基本原理,分类,应用现状中图分类号:TU312文献标识码:A
传统结构抗震设计是通过加大构件尺寸、提高材料强度等来
加强结构自身的抗震能力,这些方法除了对地震烈度的适应性不佳外,保护目标也比较单一,而且使结构造价大大增加,随着社会的发展,工程结构形式日益多样化,高层和高耸结构也层出不穷。对高层建筑和高耸结构来说,水平荷载是主要荷载之一,并且往往起着控制作用,而对大跨度空间结构来说,竖向荷载却是主要控制荷载。水平荷载一般包括风荷载和地震荷载,这两种荷载都是动力荷载。随着高层建筑和高耸结构高度与高宽比的增大以及轻质高强材料的作用,其刚度和阻尼不断降低,在强风或强烈地震荷载作用下,结构物的动力反应强烈,很难满足结构舒适性和安全性的要求[1]。按照传统的抗风抗震设计方法,即通过提高结构本身的强度和刚度来抵御风荷载或地震作用,是一种“硬碰硬”式的抗震方法,它很不经济,也不一定安全,而且失
去了轻质高强材料自身的优势,还不能满足日益现代化的机器设备不能因为剧烈振动而中断工作或者破坏的要求。
传统的抗震设计方法已不能满足需要,从而使结构振动控制
理论在工程结构中开始得到应用。结构振动控制可以有效地减轻结构在风和地震等动力作用下的反应和损伤,提高结构的抗震
能力和抗灾性能,是抗震减灾积极有效的对策。
1振动控制的概念及原理自1972年美籍华裔学者姚治平(J ・T ・P ・Y ao 教授明确提出土木工程结构控制的概念以来,国内外很多学者在结构控制的方法、理论、试验和应用等方面取得了大量研究成果。隔震消能和各种减震控制体系具有传统抗震体系所难以比拟的优越性,即明显有效减震(能使结构地震响应减到10%或更低,其中已有多项技术成功地应用于工程实践。国际上,美国、日本、澳大利亚、新西
兰和法国等国家在这方面走在前列。国内学者自20世纪80年代
初期以来,对夹层橡胶垫隔震结构、粘弹性阻尼器、TMD 和TLD 、耗能支撑、层间隔震、主动控制等方面的研究取得了一系列成果。经过20多年的发展,结构控制现在正朝着研制高效的被动控制
装置、发展以参数控制为主的半主动控制和探索结构智能控制的
方向发展。结构控制的概念几经完善,具体可表述为:在工程结
构的特定部位装设某种装置(例如隔震垫等或某种机构(例如消
能支撑、消能剪力墙、消能节点、消能器等或某种子结构(例如调
频质量等或施加外力(外部能量输入或调整结构的动力特性,
使工程结构在地震(或风的作用下,其结构的动力响应(加速度、速度、位移得到合理的控制,确保结构本身及结构中的人员仪器设备的安全和处于正常的使用环境状况[2]。
控制系统的基本元素为传感器、处理器(也称控制器和作动器。传感器感受外部激励及结构反应的变化信息,处理器接受这
些信息并依据一定的控制算法计算所需控制力,作动器则产生所需的控制力并作用到结构上,从而实现对结构的控制。
2振动控制的分类
依据是否需要外界能源,结构控制可分为被动控制、主动控
制、半主动控制和混合控制四类[3]
。被动控制也称无源控制,它不需要外部输入能量,仅通过控制系统改变结构系统的动力特性达到减轻动力响应的目的。而主动控制的过程则依赖于外界激励和结构响应信息,并需要外部输入能量,提供“控制力”。半主动控制也利用结构响应或外界激励信息,但仅需要输入少量能量以改变控制系统形态,达到改变结构动力特性从而减轻响应的目的。混合控制(也称杂交控制指的是上述三类控制的混合应用,在结构上同时施加主动和被动控制,整体分析其响应,既克服纯被动控制的应用局限,也减小控制力,进而减小外部控制设备的功率、体积、能源和维护费用,增加系统的可靠性[4]。
2.1被动控制
结构被动控制是一种无源控制方法,包括隔震、吸振和耗能三大控制形式,采用直接减少、隔离、转移、消耗能量的方法达到
减小结构振动的目的。在我国,20世纪50年代就提出基础隔震
思想,80年代末结构控制方面的研究正式起步。由于被动控制易
于工程实现,设计得好,效果不错,受到普遍重视。
结构隔震体系是指在结构物底部与基础面(或底部柱顶之间设置某种隔震装置而形成的结构体系。它包括上部结构、隔震装置和下部结构三部分。为了达到明显的减震效果,隔震装置或隔震体系必须具备下述四项基本特性:1承载特性;2隔震特性;3复位特性;4阻尼消能特性。
吸振减震是指在主体结构上附加吸振器子系统,用以减小主结构的振动。吸振器是包括质量系和弹簧系的小型振动系统,以质量系产生的惯性力作为控制力,通过弹簧系作用于主结构。常与粘滞阻尼器联合使用,并以阻尼器命名。
耗能减震是指利用各种阻尼元件、吸能部件或摩擦支撑产生的阻尼力、塑性变形或摩擦力来衰减结构在外界干扰(如风荷载和地震荷载等下的振动响应,具有耗能能力强、低周疲劳性能好的特点。结构消能减震的实质是,在结构内设置消能构件(或消能装置,它们能为结构提供较大的阻尼,在地震时大量消耗输入结构的振动能量,有效衰减结构的地震反应。2.2主动控制结构主动控制是利用外部能源(计算机控制系统或智能材料,在结构物受激励振动过程中,瞬时施加控制力或瞬时改变结
构的动力特性,以迅速衰减和控制结构振动反应的一种减震技术。主要应用于对抗震抗风要求较高,要求对多振型进行控制的
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第35卷第19期2009年7月山西建筑SHANXI ARCHITECTURE Vol.35No.19J ul.2009
重要建筑和高层建筑、桥梁、特种结构等。结构主动控制技术无
疑是一种比较理想的方法,它对于提高抵抗地面运动不确定性的能力,直接减小输入的干扰力,以及在地震发生时连续自动地调整结构动力特性的功能等方面均优于被动控制方法。虽然主动控制已取得一定的理论研究和试验研究成果,减震效果非常明显有效,并已在少数工程中试点应用,但在技术上还有一些问题尚待解决。目前,尚未步入技术成熟阶段。其主要存在以下问题:1控制系统的硬件和软件的滞后性及有效控制性等问题尚需进一步解决;2突发地震时外部能源的正常供应问题;3设备的常年维护问题;4造价昂贵问题;5抗震抗风的同时有效控制问题。
主动控制根据控制力是否依赖结构响应或外界激励可分为:闭环控制、开环控制和开闭环控制。目前研究和工程应用较多的是闭环控制。根据控制器的不同,主动控制又有主动调谐质量阻尼器、主动锚索之分。主动调谐质量阻尼系统是利用传感器时刻监测结构反应(位移、速度或加速度,并根据卡提闭环控制理论,计算机接受传感器信息并瞬时改变状态矢量和反馈矢量得出控制力,接着电液伺服装置将最优控制力施加于结构,以控制其运动和变形。主动锚索控制是利用传感器把结构的反应传给计算机,计算机进行优化分析计算出所需要的控制力,驱动液压伺服系统,该系统通过锚索对结构施加控制力,从而有效地减小结构反应。该装置已被应用到实际结构中,用于控制风振反应。
2.3半主动控制
半主动控制是通过改变结构的动力特性来减震的。1960年日本K obori 最早提出了结构变刚度的概念,1983年Hrovat 研究了土木工程结构的半主动控制问题。半主动控制与主动控制相
比,它所需外部能量小得多,维护要求不高,更容易实施也更为经
济,而且控制效果又与前者接近,因此半主动控制具有较大的研
究和应用开发价值。常见的半主动控制系统有主动调谐参数质量
阻尼系统、可变刚度系统、可变阻尼系统、变刚度变阻尼系统等。
2.4混合控制
混合控制顾名思义,是指根据不同建筑物、结构的不同抗震
抗风要求、技术可靠性和造价经济性,选取隔震、消能、质量调谐、主动控制中的两种以上控制技术相结合,使其达到经济安全、现
实可行的目的。其主要问题是如何合理地把两种以上控制技术
组合在一起,使其协同工作。同样是由于造价的原因,决定了混
合控制技术和主动控制技术目前还不能大规模应用于我国的各
项大型基础设施建设,尤其是南水北调渡槽抗震这种工程。
3结构振动控制的应用现状
结构振动控制的工程应用在过去的多年中有了较大的发展,
特别是美国、日本等经济发达国家。在理论方面,他们成功地借
鉴了其他领域中的控制理论,为结构控制找到了可行的分析和计
算方法。在实际工程应用中也设计出一些有效的控制装置,尤其
是被动控制系统(如基底隔震系统在一些高层建筑中得到了具
体的应用。隔震装置本身具有足够的初始刚度,在正常荷载作用
下相对稳定,在强烈地震作用下该装置进入消能工作状态如叠层
橡胶支座,这种竖向刚度很大的装置水平刚度很小,可大大增加
基础的水平自振周期,强烈地震作用下结构反复变形,耗散地震
能量。此外,滑、滚动支座则是通过基础与上部结构两部分产生相对运动,防止水平地震动的输入[5]。我国发电厂大型机组动力基础的隔震也采用了橡胶垫支座、螺旋弹簧支座等,运行测试结果显示隔震效果满意。国外一些国家也广泛地将基础隔震应用于核电站、发电厂的设计中。相比之下,我国的结构控制更多地仍处在理论研究上,虽然取得了一系列国内外瞩目的研究成果,但实际工程应用极其有限,已安装在建筑物上的控制装置也主要是隔震装置。结构振动控制理论与减震技术为建筑物的抗震提供了一条有效可行的新途径。结构振动控制理论将结构的弹塑性分析与抗震相结合,抗震与消震相结合,能动控制与设计相结合,通过对建筑结构的控制设计,在结构的特定位置出现一定数量的人工塑性铰,使其发生期望的破坏机构形式,实现强震下最佳的耗能机构;对结构中梁和柱等构件进行延性设计,提高其延性和耗能能力。由于被动控制不需要外界能量输入,抗震性能好,结构简单,造价低廉,施工方便,易于修复和更换,易于被工程师们所接受,所以发展较快,在实际工程中得到了广泛应用[6]。
智能结构研究的一个重要内容是实现结构的主动振动控制,主要通过局部控制和全局控制方法来实现结构的振动抑制。局部控制是利用结构自身配置的作动器—传感器,直接实现同位反馈控制,提高结构主动阻尼,以消耗结构残余振动能量,缩短系统自由响应的衰减时间。全局控制目的在于抑制结构特定点的振动响应,保证系统的全局稳定性和提高鲁棒性。对智能桁架结构的振动控制研究已取得显著的主动阻尼控制效果。Preumout 采
用数字控制器,进行了微分和积分力反馈控制实验,分别使悬臂智能桁架结构的第一阶模态阻尼由0.3%增加到3%和9%。因此局部阻尼控制方法的研究仍然是智能结构振动控制的基础。结构振动控制研究伴随着高维(三维乃至无限维、非线性、多尺度和多耦合系统动力学理论和仿真技术的发展而进一步深入。在无法建立系统动力学模型的情况下,发展基于在线辨识的自适应控制、模糊控制、神经网络控制等各种主动控制乃至智能控制,使系统运动获得优化。结构振动控制虽然还有许多工作要做,但
已展露其研究价值和应用前景。参考文献:[1]韩建平,李慧,杜永峰,等.智能材料与土木工程结构振动控制[J ].甘肃工业大学学报,2002,28(1:36239.[2]彭刚,张栋国.土木工程结构振动控制[M ].武汉:武汉理工大学出版社,2002:73276.
[3]周福霖.工程结构减震控制[M ].北京:地震出版社,1997:
1802182.
[4]欧进萍.结构振动控制———主动、半主动和智能控制[M ].
北京:科技出版社,2003:1902191.
[5]周锡元.建筑结构的隔震、减振和振动控制[J ].建筑结构学
报,2002,23(2:52254.
[6]刘方,邹向阳,赵万里,等.土木工程结构振动控制的概况
与新进展[J ].长春工程学院学报,2007,8(3:20222.
Analysis on the theory and status of application about structure vibration control
XU Biao
Abstract :This paper introduced the concept ,the basic principle and the classification of structure vibration control ,elaborating different char 2acteristic of the passive control ,the initiative control ,the semi 2active control and the mixture control.At last the paper has made the forecast to the status of application and the prospects for development about structure vibration control.K ey w ords :structure vibration
control ,concept ,basic principle ,classification ,the status of application ・
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山西建筑
振动半主动控制技术研究现状与前景展望
振动半主动控制技术研究现状与前景展望 在过去三十年左右的时间里，振动控制系统受到了广大研究者的普遍关注。这种保护系统可以用来降低自然灾害对土木工程建筑的损害。文章通过对结构振动控制的概述，介绍了半主动控制装置的理论基础及其在实际机械或土木工程中的应用，并对半主动控制技术未来的发展方向做了展望。 标签：半主动控制；主动变刚度（阻尼）；磁流变阻尼器；电流变阻尼器 引言 随着科学技术的飞速发展，机器设备的转速和功率不断变大，刚度减小，对其稳定性的要求也提高，振动问题也就日益突出，机械振动不仅影响飞行器、船舶的寿命，还会影响机械设备的使用性能，因而如何对其采取控制和预防措施成了工程领域的重要课题。 半主动控制技术的控制效果接近于主动控制，而且只需要输入少量的能量即可实现，因而被认为是目前最具前景的结构振动控制技术。文章主要介绍几种主要半主动控制系统的工作机理、应用和研究现状，并阐述了半主动控制技术目前存在的问题和发展方向。 1 半主动控制系统研究现状 1.1 主动变刚度控制系统 该控制系统主要是在变刚度控制装置的作用下，使振动物体的附加刚度发生变化，从而使受控结构的固有频率不断发生变化，有效地避免共振的情况，达到减振的目的。在这个过程中，结构的能量发生了变化，经历了振动能量的吸收、消耗与释放这一过程。 日本学者Kobor i[1]利用主动变刚度系统做了振动台模型试验和原型结构试验，验证了这种控制系统的装置可以改变物体动力参数，且仅需要极少的外界能量，就可以得到十分明显的减振效果。在国内，李敏霞和刘季[2]等学者在这方面做了深入的研究，制作了类似的主动变刚度控制装置，并进行了一个40t足尺的主动变刚度装置的性能试验，该实验主要研究了电液伺服阀在Passive-on和Passive-off状态下主动变刚度控制装置的力学性能。杨润林，闫维明[3]等提出了一种新型的半主动变刚度（ISA VS）控制系统，并通过数值模拟验证了它的有效性。 1.2 主动变阻尼控制系统 变阻尼系统由Hovat首先提出[4]，它是通过主动调节变阻尼装置，使其阻尼力变化至接近或等于主动控制力，得到的振动控制效果也和主动控制接近。主
机械工程中振动分析的理论和应用研究
机械工程中振动分析的理论和应用研究 在机械工程中，振动是一个非常重要的问题，它涉及到机械系统的稳定性、有效性和寿命。因此，振动分析是机械工程师必须掌握的技能之一。本文将探讨机械工程中振动分析的理论和应用研究。 一、振动分析的基本概念 在机械工程中，振动是指物体在某一方向上周期性地往返或旋转运动。机械系统中振动的原因主要有三种：激励、固有振动和非线性振动。激励振动是由外部力引起的振动，例如机械系统中的震动、地震等；固有振动是由系统本身固有的本征频率引起的振动，例如琴弦的自然振动；非线性振动是由于系统的非线性特性而引起的振动，例如摩擦、结构变形等。 振动分析主要研究机械系统在振动状态下的特性和规律，主要包括振动的幅值、频率、周期、周期次数、相位等参数。这些参数可以通过实验测量、数值模拟等手段来获取。 二、振动分析的理论方法 1.有限元方法 有限元法是一种计算机数值模拟方法，广泛应用于机械系统振动分析领域。该方法将复杂的结构分割成许多小的单元，每个单
元都可以用简单的数学模型来描述。然后通过求解每个单元的振动参数，最终计算出整个结构的振动响应。有限元法可以处理复杂的结构和非线性问题，具有广泛的应用范围。 2.模态分析法 模态分析法也是一种常用的振动分析方法。它通过求解机械系统的固有频率和振型来描述系统的振动特性。其中，固有频率是机械系统在不受外界干扰时的自由振动频率；振型是机械系统在固有频率下的振动形式。模态分析法可以帮助机械工程师识别系统中的关键模态，从而优化设计，提高系统的稳定性和性能。 3.频响分析法 频响分析法是一种用来描述机械系统在不同频率下的响应特性的方法。它通过测量机械系统对激励信号的响应，来确定系统的传递函数，从而预测系统在不同频率下的响应。频响分析法可以帮助机械工程师找出系统的共振点，从而改进设计，减少系统的振动幅值和噪声。 三、振动分析在机械工程中的应用 振动分析在机械工程中具有广泛的应用。以下列举几个具体的例子： 1.机械零件的寿命评估
振动控制技术原理及其应用
振动控制技术原理及其应用在日常生活中，我们经常会遇到许多振动的场景，比如车辆行驶时的颠簸和震动，飞机在空中的震动和抖动等等。这些都是由振动引起的，如果振动控制不好，会对设备的稳定性和安全性产生很大的影响。因此，振动控制技术的研究和应用具有重要的意义。 振动控制技术的原理 振动控制技术的原理主要包括几种方法：主动控制、被动控制和半主动控制。 主动控制是指通过激励与反馈系统实现力的控制，从而改变系统的振动特性。这种方法在实际应用中用得最多，可提高振动控制的准确性和灵活性。 被动控制是指在系统中安装缓冲器、阻尼器等装置，利用其阻碍或吸收能量的性质来减小振动。这种方法实现简单，但控制效果并不十分明显。
半主动控制是指结合主动控制和被动控制的方法。通过某种能量转换装置，将被动装置所吸收的能量部分以较小功率反馈给系统，从而实现能量的控制。 振动控制技术的应用 振动控制技术在许多工业领域中都有广泛的应用，主要包括机械制造、交通运输、建筑工程和航空航天等。 在机械制造领域，振动控制技术可以用于检测和控制机械设备的振动情况，从而提高生产效率和安全性。例如，在车间制造过程中，加工机床的准确度可以通过振动控制技术大大提高，确保产品出厂质量。 在交通运输领域，振动控制技术可以用于减少汽车和飞机在行驶过程中的颠簸和震动。例如，汽车的悬挂系统和飞机的飞行控制系统都使用了振动控制技术，以提高其稳定性和安全性。
在建筑工程领域，振动控制技术可以用于减少建筑物在地震、 风等自然灾害中的震动。例如，大桥、高楼等建筑物在设计中加 入了振动控制装置，确保其在强烈震动环境中的稳定性和安全性。 在航空航天领域，振动控制技术可以用于减少飞行器在空中的 抖动和震动，并提高其空气动力学性能。例如，飞机的飞行控制 系统、结构材料与结构处理等方面都使用了振动控制技术。 总结 振动控制技术是一个涵盖范围非常广的技术领域，其应用前景 非常广阔。在实践中，我们需要根据需要选择合适的振动控制方 法和技术装置，并且不断探索新的技术手段，以满足不同领域的 振动控制需求，为社会和人类发展做出更大的贡献。
简述振动控制原理和技术
振动控制原理和技术 振动控制原理和技术是一种用于减少或控制物体振动的方法和技术，广泛应用于机械工程、建筑结构、航空航天、汽车工程等领域。其基本原理是通过采取措施来减少或抑制振动的能量传递或振动的幅值，以达到减少振动对系统性能和结构完整性的影响的目的。 振动控制技术的基本原理包括主动控制、被动控制和半主动控制三种方式。 主动控制：主动控制是指通过激励和反馈控制来产生与振动相反的力或力矩，以抑制振动。主动控制系统通常由传感器、控制器和执行器组成。传感器用于测量振动信号，控制器根据测量结果计算并输出控制指令，执行器根据控制指令产生相应的力或力矩，从而实现振动抑制。主动控制技术具有响应速度快、可调节性强的优点，适用于对振动进行精确控制的应用场景。 被动控制：被动控制是指通过添加阻尼器、弹簧等被动元件来吸收或分散振动能量，从而减少振动的幅值。被动控制技术通常采用传统的机械或材料手段，例如减震器、隔振垫等。这些被动元件能够消耗振动能量，减小振动的传递路径或改变结构的固有频率，从而实现振动控制。被动控制技术简单
可靠，成本相对较低，适用于一些振动幅值较小的应用场景。 半主动控制：半主动控制是主动控制和被动控制的结合，通过调节控制器中的参数或改变元件的特性来实现振动控制。半主动控制技术可以根据振动的特征和控制要求动态调整控制参数，以适应不同工况下的振动抑制需求。常见的半主动控制技术包括可调阻尼器、液体阻尼器等。 在振动控制技术中，还存在一些常用的方法和技术手段，包括模态分析、频域分析、时域分析、最优控制等。这些方法和手段可以用于振动系统的建模和分析，通过对振动系统的特性进行分析，选择合适的控制策略和参数，从而实现振动的减小或控制。 综上所述，振动控制原理和技术通过采取不同的控制策略和措施，减少或抑制振动对系统性能和结构完整性的影响。无论是主动控制、被动控制还是半主动控制，都旨在提高系统的稳定性、减小振动幅值、延长系统的使用寿命，为各个领域的工程应用提供更加可靠和安全的解决方案。
船体结构振动发展现状
大连理工大学研究生院网络学刊 NETWORK JOURNAL OF GRADUATE SCHOOL OF DUT 船体振动发展现状 摘要：本文主要介绍了2000年以后在船体振动方面的新进展，从发表的论文中归纳出近几年研究船 体振动的新发展。 关键词：总振动；局部振动；参考文献；减振； 0 引言 当船舶在海上航行时，船体结构不可避免地会很出现振动现象。早在19世纪后期，船体振动就引起了人们的注意。近年来，随着航运事业的发展，船舶吨位越来越大，主机功率和转速不断提高，引起船体振动的激振力也相应地增大了。同时，为了减小船舶构建的尺寸，减轻船体的重量，让人们广泛采用高强度钢作为造船材料，这样使得船体结构强度也跟着减小，就更易激起较大的船体振动。 1 船体总振动 计算结构的振动模态，必须首先确定力学模型和计算方法。用于船体振动计算的力学模型主要有一维梁模型、二维平面模型、三维立体模型和混合模型。计算方法主要有两类:一类以船梁理论为基础，一类以有限元法为基础。 根据文献“整船结构振动分析中的几个问题”（2006）大概可归纳出整船结构振动计算分析中涉及到的力学模型的建立、模型的结构参数、计算方法等3个问题的研究状况，具体如下：用于计算船舶整体结构振动的力学模型主要有：一维梁模型、双梁及三梁模型、二维平面模型、三维模型和混合模型。 结构参数包括附连水质量和结构的阻尼。其中，计算附连水质量的主要方法有刘威士、陶德等人的计算公式和图谱的方法，利用Green函数的边界元法以及其它一些方法；结构的阻尼系数主要是由经验和试验获得，目前主要的试验方法有对数衰减法、响应曲线法、相位研究法(相频特性曲线法)、共振最大振幅法。 计算方法的类型主要有通用程序法（包括有限元法和边界元法）、自编程序法（包括有限元法、迁移矩阵法和边界元法）、简易公式法、数据库法。 1.1 关于船体的总振动计算 1.1.1“基于等效静力算法的船舶板架结构动力响应优化设计”（2009）： 文章本文提出了一种将等效静力优化算法和分级优化算法相结合的船舶板架结构动力响应优化方法。首先利用ANSYS进行结构动力响应分析，以动荷载和等效静荷载产生相同的位移场为基础，将动荷载转化为一系列的等效静荷载；然后利用获得的等效静荷载，在MATLAB中采用分级优化算法，进行一系列的结构静力优化设计；最后再以静力优化得到的结构参数输入到ANSYS，进行下一轮结构动力响应分析，如此迭代直至获得收敛的优化结果计算结果表明，提出的优化方法大大减少了结构动力优化的计算时间，具有较好的收敛效率。 1.1.2“夹层结构振动声辐射特性研究”（2009）： 本文在前人工作的基础上，将芯层垂向压缩变形的影响引入到夹层结构的模型中来，并探讨了考虑芯层垂向压缩变形影响在夹层结构自由振动、响应计算中的合理性。推导了一种考虑芯层垂向压缩变形影响的夹层梁的动态刚度矩阵，给动态刚度矩阵法提供了一种新的单元类型。 1.1.3“船体薄壁梁弯扭耦合振动的流固耦合分析”（2009）： 文章采用耦合有限元/边界元法计算水中船体的弯扭耦合振动。文中用一维薄壁梁有限元模拟船体梁，在横剖面处用二维边界元方法计算结构表面声压，推导出表征流体对振动特性影响的附加质量阵，编制了用流固耦合方法求解船体振动模态的程序。通过与采用ANSYS软件进行耦合场分析以及刘易
土木工程结构减震控制研究现状及进展
土木工程结构减震控制研究现状及进展 摘要：对提土木工程领域结构减震控制的研究现状进行了分析，阐述了目前主要减震控制使用的原理和方法，对国内外新出现的减震控制方法和研究成果进行了综述和评价，对今后的研究进行展望并提出了发展方向。 关键词：结构减震；振动控制；智能控制 土木工程结构减震控制一般包括被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制。目前，被动控制已经广泛应用于工程领域，而主动和半主动控制还处在理论和实验研究阶段。本文对目前国内外结构工程减震控制的研究现状进行归纳分析，对该领域的研究成果进行综述，为后续的研究指引方向。 1 被动控制 被动控制主要是进行基础隔震和耗能减震，基础隔震是在上部结构和基础之间设置水平柔性层，延长结构侧向振动的基本周期，从而减小水平地震地面运动对上部结构的作用。基础隔震的研究主要是研究开发出性能优越且价格低廉的隔震装置。1978年美国Kelly J M和Eidinger J M 提出叠层橡胶支座隔震方法和技术，从此结构基础隔震进入了蓬勃发展的阶段。一些研究和应用较广的隔震装置包括夹层橡胶垫隔震装置、滚珠（或滚轴）加钢板消能装置、粉粒垫层隔震装置、铅塞滞变阻尼器隔震装置、钢滞变阻尼器隔震装置、基底滑移隔震装置、悬挂基础隔震装置、混合隔震装置等。目前基础隔震的应用已相当广泛，隔震结构的分析和设计方法也日渐成熟。世界上已建成了上千座隔震建筑和桥梁，并表现出良好的减震效果。2001年我国正式把隔震技术写入规范。 结构耗能减震是在结构中设置非结构构件的耗能元件，结构振动使耗能元件被动地往复相对变形或者在耗能元件间产生往复运动的相对速度，从而耗散结构振动的能量，减轻结构的动力反应。目前已经研究发展起来的耗能装置主要有金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器、调谐质量阻尼器（TMD）和复合型耗能器等。被动耗能减震结构已在国内外建成了数百座，并在一定程度上经受了地震的考验。中国目前也有几十余座新建或加固的被动耗能减震建筑与桥梁。上海电视塔、珠海金山大厦、上海杨浦大桥等大型建筑都应用了耗能减震装置，并取得了很好的减震效果。 2 主动控制 主动控制是以现代控制理论为基础，对结构反应或环境干扰进行实时跟踪和预测，在精确的结构模型基础上运算和决策最优控制力，并通过作动器对结构施加控制力以减小或抑制结构的动力反应。主动控制分开环控制和闭环控制两种，开环控制是直接对结构环境干扰进行量测，根据测量数据分析并综合出控制律；而闭环控制是在结构反应观测基础上实现的主动控制。闭环控制具有较高的抗干
振动控制在大跨空间结构中的研究与发展
振动控制在大跨空间结构中的研究与发展 摘要：本文总结了振动控制技术的基本概念和原理，介绍了振动控制技术在空间结构工程中的研究和应用现状，总结了大跨空间网壳结构的减震措施与分析方法和目前存在的亟待解决的技术和理论问题。 关键词：振动控制；消能减震；大跨空间结构；阻尼器 1概述 对于地震作用，建筑物的结构设计历来都是以抗震设计法为主，该设计方法已经在各规范和指南中给出了具体的规定。它是通过增强结构本身的抗震性能来抵御地震作用，即用结构本身储存和消耗地震能量，以满足结构抗震设防目标——“小震不坏，中震可修，大震不倒”。这种设计思想实际是采用“疲劳战术”，即是依靠建筑物本身的结构构件的承载能力和塑性变性能力，来抵抗地震作用和吸收地震能量，抵御地震作用立足于“抗”。传统建筑物结构基础固结于地面，犹如一个地面地震反应的“放大器”，地震时建筑物受到的地震作用由底向上逐渐放大，从而引起结构构件的破坏，这是被动消极的抗震对策。合理有效的抗震途径是对结构施加控制机构（系统或装置），由控制机构与结构共同承受地震作用，即共同储存和耗散地震能量，以调节和减轻结构的地震反应（加速度、速度、位移）。这种结构抗震途径称为“结构减震控制”，这是积极主动的抗震对策。 土木工程结构的振动控制包括基础隔震、被动消能减震、吸能减震技术、主动和半主动控制以及混合控制。 2振动控制在大跨空间结构中的工作原理 大跨空间结构的减震措施主要分为下部结构加设阻尼器、设置耗能减震支座、屋盖结构的耗能减震,如图所示。 对于大跨空间结构,下部结构加设阻尼器的位置一般在柱间支撑,其柱顶和柱底的相对变形是非常大的,加设于支撑中的阻尼器能起到很大的耗能作用。该
TMD振动控制结构的发展及应用
TMD振动控制结构的发展及应用 防灾减灾工程：吴维舟 近年来,结构控制的理论与实践应用得到了飞速发展,调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)作为被动控制技术之一,在生产实践中不断地得到应用。调谐质量阻尼器是最常用的一种被动控制系统,它是在结构物顶部或上部某位置上加上惯性质量,并配以弹簧和阻尼器与主体结构相连。TMD作为一种被动控制方式,因其构造简单,易于安装,维护方便,经济实用,并且不需外力作用,有着其他方式无法比拟的优点,因此在高层建筑风振控制、桥梁及海洋平台振动控制等领域得到重视。 1TMD吸振原理 为了说明TMD的减振原理,将TMD子系统和被控制的主结构系统模型简化为二自由度的质量、弹簧、阻尼系统,如图1所示。并且将激振力简化为频率为ω正弦力。根据文献,当F2=0时,通过适当的选取参数m2、c2和k2,可以达到有效降低质量1振幅的目的。也就是利用共振原理,对主体结构某些振型(通常是第一振型)的动力响应加以控制。主要是通过调整TMD系统与主体结构的质量比、频率比和TMD系统的阻尼比等参数,使系统能吸收更多的振动能量,从而大大减轻主体结构的振动响应。这就是TMD吸振原理.
2 TMD的发展 2.1TMD的早期应用 其典型应用可追溯到1902年安装于德国邮船上的Frahm防摇水箱。传统的结构设计依靠结构强度和耗能能力来抵抗重型机器荷载、暴风、强地震等动力作用。1909年Frahm首次提出用调谐质量阻尼器(TMD),即动力吸振器,作为控制和减小动力系统振动的一种方法。此后,各国的研究工作者在被动TMD控制的理论和应用方面做了大量的工作。美国最早开始进行制振理论的研究并将TMD装置应用到了高层建筑,如纽约的Citicorp Center,波士顿的对John Hancock Building,获得了令人满意的效果。 2.2TMD的演化 TMD的演化可以分为3个阶段。第1个阶段主要对单个TMD系统的研究,多集中于对结构控制效果和最优控制参数的理论研究。为使TMD的控制效果达到最佳,即扩大其能量耗散能力,最重要的是把TMD的振动频率调至结构振动频率附近并选用适当的阻尼。 通过对TMD的参数对主结构振动的影响分析,可以看出它对参数的影响呈现非线性特点,通过在桥梁上安装TMD的实例表明,它是一
主动式和被动式阻尼减振技术_概述及解释说明
主动式和被动式阻尼减振技术概述及解释说明 1. 引言 1.1 概述 阻尼减振技术是一种在结构体系中应用的重要技术，旨在减轻由于地震、风力或其他外部激励引起的结构振动。主动式和被动式阻尼减振技术是两种常见的方法，它们在原理及应用领域上有所不同。 1.2 文章结构 本文将从两个方面对主动式和被动式阻尼减振技术进行综述和解释说明。首先，我们将介绍主动式阻尼减振技术的原理及其作用，并探讨其应用领域以及优缺点。然后，我们将详细阐述被动式阻尼减振技术的原理、作用以及其在各个领域的应用情况。最后，我们将对主动式与被动式阻尼减振技术进行比较，包括工作原理对比、效果对比和应用场景对比。通过这样全面深入地了解这两种技术，可以更好地选择适合特定情况下使用的方法。 1.3 目的 本文旨在为读者提供关于主动式和被动式阻尼减振技术的全面概述，并对其原理、应用领域和优缺点进行详细解释。通过对这两种技术的比较分析，读者可以了解它们各自的特点和适用情况，以便在实际工程中做出明智的选择。同时，本文还
将探讨未来阻尼减振技术研究的发展方向，展望其在结构工程领域的前景。希望通过本文能够促进相关领域的学术交流与研究进展。 2. 主动式阻尼减振技术： 2.1 原理及作用： 主动式阻尼减振技术是一种基于主动控制的结构减振技术，其原理是通过感知结构的运动响应并实时调节阻尼系数来抑制结构产生的振动。这种技术通常涉及使用传感器来监测结构的振动，并采用控制器和执行器实时调整阻尼力的大小。 主要作用在于提供实时控制反馈机制，使得结构能够根据外界环境变化与激励输入进行自适应调节，从而实现更好的减振效果。通过主动控制可以对结构产生的振动进行精确调节，适应不同频率范围内的激励。 2.2 应用领域： 主动式阻尼减震技术已经广泛应用于各个领域，包括建筑物、桥梁、风力发电机组等工程结构以及航空航天和汽车行业中。在高层建筑中，通过在楼层或结构节点处安装主动控制设备，可以显著降低地震、风载和其他外部激励对结构的振动影响。在航空航天领域，主动式阻尼减振技术可以用于减小飞行器的振动，提高乘坐舒适性和系统稳定性。 2.3 优缺点： 主动式阻尼减振技术的优点包括：
振动强度分析及控制技术研究
振动强度分析及控制技术研究 随着工业生产和城市化进程的不断加速，机器设备和建筑物的使用频率和使用 寿命都不断提高，长期的振动问题可能会带来很严重的后果。因此，振动强度分析和控制技术成为工程领域研究与应用的一个重要领域。 一、振动问题的背景及其危害 在机器设备、建筑物或各种材料结构中，振动问题是常见的。振动是一种物理 现象，可以分为自由振动和受迫振动两种类型。不管是自由振动还是受迫振动，都会对机器设备、建筑物和结构的稳定性、运行效率和使用寿命产生不良影响，严重的时候甚至会导致设备的崩溃和建筑物的倒塌。因此，振动问题的解决至关重要。 二、振动强度分析的重要性 振动强度分析是测算和分析振动的特性及其影响因素的过程。通常，要考虑各 种因素对振动的贡献，即振动源的来源、传播过程和受体的反应特性。因此，振动强度分析对于发现振动问题的根源、定位问题发生的地点、评价其危害程度以及制定解决方案等方面都具有重要意义。在制定解决方案时，需要综合考虑振动强度相关因素，包括振动源的类型、大小和位置，材料的刚度和弹性、结构的几何形状和固有频率等。 振动强度分析的方法和技术比较多样，可以通过计算机仿真模拟、数值分析和 实验测量等手段来进行。其中，数值分析是目前主流的分析方法之一，包括有限元、边界元、贝塞尔元、网格法等，可以模拟各种复杂的振动场景。 三、振动控制技术研究的现状 振动控制技术是解决振动问题的关键手段之一。根据振动能量传播的特点，振 动控制技术可以分为主动控制、被动控制和半主动控制三种类型。主动控制是指通过控制振动源本身来实现振动控制的技术，例如通过通电、机械姿态调整等手段来
减小振动强度。被动控制是指通过改变结构或材料特性来阻止振动能量的传输，如使用减振器、阻尼器等。半主动控制则是主动控制和被动控制的结合，既考虑振动源的控制，又考虑结构或材料对振动的响应。 近年来，随着材料科学、信息技术和测量技术的发展，振动控制技术不断创新升级。例如，新型材料的应用，如智能材料、形状记忆合金等，为振动控制提供了更多的手段。另外，智能传感器、微电子技术、自适应控制等技术的发展，也推动了振动控制技术的提高和普及。 四、未来趋势和展望 在未来发展中，振动强度分析和控制技术将有更广泛的应用。从一定意义上来说，具有普适性的优秀振动强度分析和控制技术可以用于各种方面，包括制造、建筑、交通、航空航天和军事等领域。此外，在智能制造、工业4.0、互联网+等新兴领域，振动技术的应用也将变得更为重要。 总体来看，振动强度分析和控制技术的改善和创新是工程领域必经之路。只有在工程实践中不断探索新的思路、新的工具和新的方法，才能在振动问题的治理和控制上达到更好的效果。随着社会科技的不断发展和创新，振动技术也必将不断向前推进，为工程领域的发展注入新的动力。
机械工程中的结构振动分析与控制方法研究
机械工程中的结构振动分析与控制方法研究引言： 机械工程领域旨在研究和应用物质力学原理，以改善和优化结构的性能。而结构振动是机械系统中不可忽视的一个问题，它会影响结构的稳定性、寿命和工作效率。因此，在机械工程中，结构振动的分析与控制成为一项重要的研究课题。一、结构振动的原因和特点 结构振动的产生原因很多，比如来自外部载荷的作用、机械系统自身的弹性变形以及运动激励等。所以，在进行结构振动分析时，要把这些因素纳入考虑范围。此外，结构振动有多种形式，例如自由振动、强迫振动和共振等。了解结构振动的特点对于制定合适的分析与控制方法至关重要。 二、结构振动的分析方法 1. 数值模拟方法 数值模拟方法是目前常用的结构振动分析方法之一。它通过建立结构的数学模型并运用数值计算技术，对结构在不同载荷下的振动响应进行预测。常用的数值模拟方法包括有限元分析、边界元法和模态分析等。这些方法不仅能够分析结构的振动响应，还能够提供结构的模态频率、振型和振动幅值等有用信息。 2. 实验测试方法 实验测试方法是通过在实际结构上进行测量来获取振动响应信息的一种方法。常见的实验测试方法包括模态测试、频率响应测试和冲击响应测试等。这些测试方法能够直接获得结构的实际振动情况，并提供可靠的实验数据供分析和控制方法的制定。 三、结构振动的控制方法
1. 主动控制方法 主动控制方法是指利用外部激励来减小或抑制结构振动的方法。其中，最常见 的方法是使用控制器控制结构的振动行为。目前常用的主动控制方法有PID控制、LQR控制和模糊控制等。这些控制方法通过对结构的控制系统进行设计和优化， 可以有效地减小结构的振动幅值。 2. 被动控制方法 被动控制方法是指在结构中加入一些被动元件来改变结构的振动特性，从而减 小结构的振动幅值。常见的被动控制方法有质量阻尼器、张紧杆件和摩擦阻尼器等。这些被动元件能够通过吸收或耗散结构的振动能量，从而降低结构的振动幅值。 结论： 结构振动分析与控制是机械工程中一项重要的研究课题，对于提高结构的性能 和工作效率具有重要意义。通过数值模拟方法和实验测试方法可以获得结构的振动响应信息，而主动控制方法和被动控制方法可以有效地减小结构的振动幅值。未来，我们可以进一步研究和发展更加高效的分析与控制方法，以应对不断复杂化的机械系统振动问题，推动机械工程领域的发展和创新。
土木工程结构振动控制的研究现状与展望建筑工程论文
土木工程结构振动控制的研究现状与 展望建筑工程论文 土木工程结构振动控制的研究现状与展望建筑工程论文 摘要：近年来，我国土木工程行业发展迅速，且为推动建筑产业的发展做出了较大贡献。为了进一步提高土木工程结构的稳定性和抗震性，文章以土木工程结构的振动控制作为主要研究对象，通过对其概念进行阐述，进而对其研究现状展开了详细的论述和分析，并对其在未来的发展方向予以全面展望。 关键词：土木工程结构；振动控制；主动控制；被动控制 随着地震灾害的频繁发生，传统的基于构件承载与变形能力消耗地震能量的抗震方法已难以适应土木工程的抗震能力的新要求，在此背景下，作为现代控制理论中的重要组成部分，振动控制理论被引入土木工程结构的抗震研究领域当中，较好地提高了工程的稳定性与抗震性。 1 土木工程结构的振动控制概述 土木工程结构的振动控制即，将隔振垫等相关装置或消能支撑和剪力墙等整体构件安置在结构的特定部位，在风火地震的作用下，使整体结构能够得到合理控制并确保结构自身及其内部人员与设备处于安全状态的一种振动控制技术。就现阶段而言，关于土木工程结构振动控制的研究主要包括了被动控制、主动控制和混合控制。 2 主动控制 土木工程结构的主动控制装置包括仪器测量系统以及控制和动力驱动系统，其中，仪器测量系统主要负责对结构的动力响应和外部传达的激励信息进行测量，控制系统负责对仪器测量系统所传递的测量信息进行处理，在实现控制律的同时，输出相应的动力驱动系统指，而动力驱动系统在制定驱动下产生控制力，其所需的能量来源大都由外部能源结构予以攻击，从而经辅助子结构将控制力作用在受控结构处，达到抗振目的。 目前，主动控制主要分为两种类型，首先，是控制力型，其装置主要包括主动质量阻尼系统与支撑系统、主动拉索系统以及气体脉冲发生器和主动空气动力挡风板系统。基于控制力型的主动控制是借助外部能源，当土木工程结构受到激励而产生振动时，向结构施加相应的控制力，促使结构受振动而产生的振动反应能够迅速得到有效控制。
结构振动控制技术的研究与应用
结构振动控制技术的研究与应用随着科技的不断发展，人们对于建筑物结构的安全性和稳定性 的要求也越来越高。结构振动控制技术的研究与应用，旨在减小 或消除建筑物在自然地震、风、交通和人群活动等动力激励下可 能发生的结构振动，从而提高建筑物的安全性和稳定性。本文将 从结构振动控制技术的定义、类型、研究进展和应用实例等方面 进行探讨。 第一部分：结构振动控制技术的定义和类型 结构振动控制技术，顾名思义，即是通过各种手段对建筑物结 构产生的振动进行控制，使其在承受外力时不会产生过大的振动，并且能够保证建筑物的结构不会受到过大的影响和损伤。根据控 制手段的不同，结构振动控制技术主要可以分为被动控制、主动 控制和半主动控制三种类型。 被动控制类似于阻尼器，是一种通过单向连接的装置抵抗结构 的振动的技术。它利用钢材、橡胶，或者其他质材，制成阻尼器，将其装置在结构上，达到减少结构振动的目的。
主动控制技术则是通过控制激励（如电机、液压缸等）对建筑 物进行反向振动，从而达到消弱结构振动的效果。主动控制技术 可以根据控制策略的不同分为负反馈控制和POSITIVE項正香控 制等。 半主动控制是介于被动控制和主动控制之间的一种技术，它兼 具了先进性和效果的实用性。半主动控制技术是通过将物理原理、控制逻辑和复杂算法相结合，再利用可变阻尼、可变刚度、可调 质量等元件和各种传感器、执行器、控制器等设备进行控制，以 摄动结构或控制系统的状态来减振对结构的影响。 第二部分：结构振动控制技术的研究进展 目前，国内外学者对于结构振动控制技术的研究比较深入。在 被动控制方面，许多学者都从材料的角度进行研究，提出了阻尼器、减震装置等控制装置。 在主动控制方面，学者们主要关注控制策略和控制器的设计。 负反馈控制力和置正香醛香控制器受到了广泛的研究，同时也有 广泛的应用。研究人员还探究了拓扑优化、自适应、模糊逻辑、 神经网络等方面的发展，以实现更高效、更可靠的控制效果。
工程结构振动控制研究进展与研究方向
工程结构振动控制研究进展与研究方向 1.工程结构振动控制 在过去的10余年中，国内外在工程结构振动控制领域取得了一系列的重要进展。 (1)工程结构地震反应控制的理论与技术。包括夹层橡胶型和摩擦型隔震系统完备的制作技术,隔震结构的设计理论、实用化设计方法及工程应用，黏滞流体阻尼器、摩擦阻尼器、黏弹性阻尼器和软钢阻尼器的制作技术，耗能减震结构的设计理论、实用化设计方法及工程应用,动力减震器(TMD, TLD, TLCD等)对结构地震反应的被动控制理论，磁流变液阻尼器、压电陶瓷摩擦阻尼装置、形状记忆合金耗能阻尼器等智能材料控制装置的制作技术，半主动和智能控制的各种控制算法和策略，工程结构地震反应的智能控制理论和设计方法，主动变刚度系统(AVS)和主动变阻尼系统(AVD)对框架结构地震反应的半主动控制理论和工程应用。 (2)工程结构风振反应控制的理论与技术。包括动力减震器(TMD, TLD,TLCD等)对高耸结构风振反应的被动控制理论、实用化设计方法及工程应用；黏滞流体阻尼器、摩擦阻尼器、黏弹性阻尼器对高耸结构风振反应的被动控制理论、实用化设计方法及工程应用、AMD的制作技术及其高耸结构风振反应的主动控制理论与工程应用、高耸结构风振反应的智能控制理论、大跨度柔性桥梁风振反应被动控制的气动
措施及其工程应用、大跨度柔性桥梁斜拉索风雨振动的被动控制和智能控制理论及其工程应用。 (3)海洋平台结构冰振控制的理论与技术。包括海洋平台环境荷载的概率特性和频域特性，海洋平台的隔震、黏滞阻尼支撑和黏弹性阻尼支撑耗能减震及TMD动力减震理论与技术，海洋平台冰振反应的半主动控制理论与技术(变刚度支撑、磁流变阻尼器支撑和磁流变阻尼器隔震系统)，海洋平台冰振反应的磁悬浮驱动AMD主动控制理论与技术，海洋平台磁流变半主动隔震控制的工程应用。 2.结构振动控制研究中的关键科学问题 通过多年的研究，大多数研究人员认识到：结构振动控制理论是土木工程与自动控制和智能材料的交叉学科。在工程结构振动控制研究领域中，关键的科学和技术问题有: (1)隔震和耗能减震的控制装置; (2)工程结构隔震和耗能减震的优化设计方法(装置参数和装置设置位置的优化); (3)主动、半主动控制的控制装置; (4)智能材料和智能控制装置; (5)主动、半主动和智能控制的控制算法和控制策略; (6)主动、半主动和智能控制系统的集成技术; (7)工程结构主动、半主动和智能控制的设计方法; (8)结构振动控制的设防标准; (9)结构振动控制的试验技术。
结构振动控制技术的原理和应用
结构振动控制技术的原理和应用 摘要：结构的振动控制是一个应用领域相当广泛的问题，不仅产生振动的根源 的种类繁多，而且消除和降低振动的方法也很多，所谓的结构振动控制是指通过 某种方法使结构的动力响应控制在工程所容许的范围内，不至对结构和设备造成 损害，对人造成不适。 关键词：结构振动；控制技术；原理；应用 1被动控制 所谓的被动控制，它是指的一种无需借助任何外来能源，只要在结构的某部 位添加一个子系统，或者是通过对于结构之中的某些构件的结构体系进行适当的 处理，从而使得整个结构体系的动力特性发生改变。如果采用被动控制的方式， 其主要的优势就在于构造较为简单，而且其造价也相对低廉，在使用的过程中， 保养和维护都十分的容易，应用该方式不需要其它的能源支持，所以在实际的建 筑工程中这种方式已经开始得到运用。被动控制又可以分成隔震、吸振和耗能三 种控制形式。 1.1基础隔震 所谓的基础隔震，就是指的通在上部结构和基础之间设置专门的隔震消能装置，使得地震能量在向上传输的过程中能够被吸收，有效地减轻上部结构的振动。基础隔震能够降低结构的振动频率，但只能对高频地震波产生效果，因此不适用 于高层建筑，主要被应用在短周期的中低层建筑与刚性结构上。 1.2吸振隔震 而吸收隔震则是指的在主体结构之上附加一个吸振器子系统，通过这个子系 统来对于振动的能量进行吸收，从而有效地减少主结构的振动。就吸振器而言， 它自身也是一个小型的振动系统，其主要是由质量系和弹簧系所构成的，其质量 系能够产生惯性力，而这一惯性力可以作为控制力，然后再利用弹簧系使得这一 个控制力作用到主结构之上。一般情况下，吸振器都是配合粘滞阻尼器共同进行 使用的。其中，被动协调质量阻尼器（TMD）、摆式质量阻尼器等是质量系为固 体的阻尼器，其中的TMD已经被广泛应用在高层建筑和桥梁上。而摆式质量阻 尼器则主要是用来对于高层建筑的振动加以控制，一般摆式质量阻尼器可以分为 摆锤式、环状式以及倒置式集中类型。当然，除了固体质量系的阻尼器之外，液 体质量系的阻尼器也非常常见，比如说调谐液体阻尼器（TLD）、液压阻尼系统（HDS）、油阻尼器、质量泵等。 1.3耗能隔震 所谓的耗能隔震，就是指的通过对于各种阻尼元件以及吸能部件的应用来产 生阻尼力、塑性变形或者是摩擦力，以此减弱由于外界干扰而产生的振动效应。 耗能隔震方式效能能量的能力较强，而且其具有低周疲劳性的特征，所以当前也 得到了非常广泛的应用。如果将耗能装置安装在建筑结构上，可以使得结构的刚 度以及阻尼发生变化，从而实现隔震的目的。目前普及的耗能器主要分成两种， 一种是关系到速度的粘弹型阻尼器，一般来说，这种类型的阻尼器往往在结构非 常复杂的时候可以取得较好的隔震效果，另一种就是和金属以及摩擦相关的滞变 型阻尼器。 2主动控制 现有的结构主动控制的类型比较多，而且还在不断的发展，现以最典型的主 动控制的形式－主动调谐质量阻尼器AMD和主动拉索系统ATS为例，介绍主动
基于LQR与LQG结构振动控制对比分析
基于LQR与LQG结构振动控制对比分析 摘要：在土建专业范围内，结构振动的控制一直是重要的问题，目前常用的分析算法有LQR与LQG两种。本文阐述了LQR和LQG算法的振动控制分析理论，并通过Matlab仿真分析，以一个三层的剪切型框架结构为例，进行结构振动控制比较分析，运用的是LQR与LQG算法。 关键词：LQR；LQG；振动控制 引言 在土建专业范围内，结构振动的控制一直是重要的问题。在地震波扰动下，产生的建筑 结构振动响应与安全话题，随着建筑结构向高层化、复杂化方向发展而备受关注。结构振动 控制是以抑制受控结构响应为目的，由设置在结构特定位置，比如隔震层、层间或者指定部 位的隔震装置、消能构件等，通过控制系统输出控制力，来达到目的。结构振动控制技术可 以分为四类：一类是被动控制、一类是主动控制、一类是半主动控制，最后一类是混合控制 技术。 目前常用的有LQR与LQG两种算法，本文基于LQR与LQG进行结构振动控制对比分析。 1、LQR最优控制算法 线性二次型(LQR)最优控制算法自20世纪50年代由贝尔曼(Bellman)、格利克斯伯格(Glicksberg)和格罗斯(Gross)等学者提出后得到了长足的发展。Levine提出用输出反馈解 决LQR问题[1]，HuangE[2]研究了LQR最优解存在的充分必要条件，Kwan[3]利用线性矩阵不等 式(LMI)方法求解输出反馈最优解问题。目前，国内学者进行了大量的研究，在主动控制的 算法和控制装置方面取得了丰硕的成果。 在基于LQR控制算法的建筑结构最优主动控制[4]、基于LQR算法的巨-子型有控制结构 的主动控制研究[5]，智能结构振动主动控制（基于LQR-IMCS算法）[6]等一些使用LQR最优 控制算法进行结构控制研究的文献中，在研究过程中需要测量或者说需要考虑结构的速度、 位移等所有状态量的情况，且有些文献在推导Riccati方程时，为了简化计算忽略了外部激 励HF(t)。 2、LQR最优控制算法的振动控制分析理论
建筑结构隔震技术现状与应用
建筑结构隔震技术现状与应用 摘要：随着我国建筑业的快速发展，基础隔震技术以其良好的减震性、易用性 和低成本等优点，在建筑结构控制中得到了广泛的应用。本文分析了地震技术在 建筑结构中的应用现状。 关键词：建筑结构；隔震技术；现状；应用 从1960年隔震技术在建筑结构中使用，多年来，世界各地的学者们一直在进行深入、广泛的研究，制造技术和成就领域的研究工作，今天的热门话题是土木 工程学科，属于当前研究的对象和一个新的学科。目前应用最广泛的减震控制技 术是在建筑物中，由于它易于实现和易于控制振动，在许多国家得到了越来越多 的应用。 一、建筑结构应用基础隔震技术的特点 1.隔震特性。基础隔震体系中隔震器的水平强度是可变的。在小地震或大风 的情况下，上部结构的水平位移较小，不会影响使用要求。在中度地震中，硬度低、水平滑动，不是产生冲击隔离系统的结构。在某种程度上，自然振动周期， 上部结构的建设自然振动场和地面的影响，地面振动可以从根本上使顶部建筑物 的振动响应可能会大大减少。一般来说，基础保温技术应用后，建筑结构使非隔 震结构，减少到1/4至1/12。 2.保护特性。基础隔震技术可以保护建筑物的上部结构。由于楼层间基本隔 震技术的可变性较低，不会对建筑整体结构造成破坏，反而会使建筑结构的安装 和布置处于良好的状态。因此，基础隔震通常用于精密仪器房、购物中心、宿舍 等建筑工程。 3.良好的竖向承载力。基础隔震技术的垂直承载力的隔离设备本身比较大， 因此，建筑结构在正常使用中，所有的建筑支持上部结构承载力有一定的安全性，另外，安全系数的垂直承载力的孤立系统应该超过6，为使用建筑结构的安全要求，并提供保证。 二、建筑结构隔震技术的研究现状 1.橡胶隔震支座。橡皮隔震轴承是由多层钢板和橡胶材料叠加交替训练和强 化橡胶轴承的性能，从而改变了竖向刚度的钢板，这不仅降低了横向抗震效果， 而且各垂直荷载。目前使用的滚动橡胶轴承使用的钢板与橡胶的各自优点相互作用。在建筑物中使用绝缘支护可以提高建筑物对水平、垂直和扭转地震的抵抗力。改进的橡胶隔震支架是一种铅芯橡胶绝缘支架。为了减少结构的地震影响，采用 了注水铅芯橡胶绝缘支座，提高了绝缘的强度，减少了绝缘的位移。橡胶是一种 耐用的材料，使用橡胶隔震支架也大大降低了维护成本，提高了耐久性。然而， 任何熟悉橡胶材料的人都应该知道橡胶很容易氧化，为了防止橡胶被氧化，可以 在橡胶隔震支架上添加抗氧化剂，以延长橡胶的使用寿命。铅芯橡胶隔震轴承虽 然在世界范围内广泛使用，但在挤压后很难重新定位，可能会污染环境。为了确 保环境的可持续发展，高阻尼隔震支架逐渐取代了橡胶隔震支架。高阻尼隔震支 座的粘弹性特性特别重要，但受频率、温度和变形幅度的影响。在我国，高阻尼 隔震轴承仍处于发展的早期阶段。 2.滑动隔震支座。滑动隔震是在隔震层中安装滑动材料，如石墨、砂、滑石 等摩擦系数较低的材料，使基础只向上部结构传递有限的地震力来保护上部结构。动力特性是整个系统的自振周期与滑台前结构的自振周期相同。一旦发生滑移， 隔震层的刚度将减小，整个系统的自振荡周期将增大。因此，从理论上讲，大多
土木工程结构振动控制的研究现状与展望
土木工程结构振动控制的研究现状与展望 摘要：本文简单介绍了土木工程结构振动控制研究现状，针对土木工程结构振 动控制的展望进行了深入的研究分析，结合本次研究，发表了一些自己的建议看法，希望可以对土木工程结构振动控制的发展起到一定的参考和帮助。 关键词：土木工程；结构振动控制；研究现状；展望 地震属于自然灾害，其直接影响和次生危害极具危险性，以往的土木工程结 构抗震方法以“抗”为核心，借助构件本身的承载能力以及抗弯变形能力实现对地 震能量的消耗，最终起到抵御地震效果，减少地震对结构的影响。振动控制属于 现代控制理论的一项重要理念，应用在抗震研究方面，可以取得非常好的应用效果。当前振动控制技术已经逐渐发展成为抵御地震的有效措施，尤其是混合控制 以及智能控制，应用在土木工程结构中，能够使土木工程结构振动控制效果得到 显著的提升，本文就此进行了研究分析。 1.土木工程结构振动控制研究现状 土木工程结构振动控制主要是指在特定位置采取安装装置、机构、结构或者 施加外力等措施，使建筑结构在地震作用下，结构的加速度、位移等动力响应得 到有效控制，使结构本身以及人员、设备处于安全、稳定使用环境或者运行状态，当前土木工程结构振动控制主要包含有以下四个方面内容： 1.1 被动控制 被动控制从装置、机构结构改变方面出发实现对工程结构系统动力响应的改变，使能量被隔离、吸收或者消耗，实现减振目的。被动控制不需要借助外部能量，性能可靠、成本低廉、便于施工、更换维修方便，有着非常广泛的应用。被 动控制可以分为隔振、耗能减振以及吸能减振三种。第一种：隔振，在建筑物基 础与楼板间等位置设置隔振装置，通过隔振装置减少地震能量的损耗，阻断能量 传递，降低地震对上部结构的作用力，减少地震对建筑物的影响，一种隔振是基 础隔振，隔振装置安装在建筑物基础与上部结构间，实现对基础与房屋结构之间 的有效隔离，消耗地震能量，避免有过多的能量传输至上部结构，另一种是间层 隔振，在建筑物中间层与楼板间增加隔振装置，实现对地震能量的隔离，减少地 震能量传递；第二种：耗能减振，将耗能机构设置在结构节点、支撑等部位，通 过耗能机构的摩擦、弯曲弹塑性变形等实现对地震传递至建筑中能量的耗散，减 少主体结构在地震方面的反应，避免结构出现有倒塌以及破坏情况，耗能机构实 际上为结构提供一定的阻尼，地震时需要克服阻尼做功，大量消耗振动能，实现 抗震目的；第三种，吸能减振，这种减振方式是通过附加种子结构，一定程度上 转移结构振动，使原结构的振动能量重新分配，实现对结构振动的有效控制，比 如说调谐质量阻尼器等。 1.2 主动控制 主动控制需要有额外能量，这也是与被动控制之间最本质的区别。与被动控 制方式相比，主动控制更为复杂，需要花费较高成本，但是在抗震要求高或者高 层建筑方面，主动控制的控制效果更好。主动控制包含有传感器、控制器、作动 器等，传感器主要检测外部激励方面信息，控制器对传感器的传递的信息进行处理，向作动器发出相应的控制指令，作动器产生控制力，由外部能源提供能量将 控制力通过辅助子结构传递至受控结构。 主动器在工作时，传感器接受外部激励，将监测信息传输至计算机，计算机 根据相应算法计算施加力大小，外部能源驱动器将控制力施加在相应结构。传感