阻尼系統(tǒng)

顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)是對顆粒阻尼和調(diào)諧質(zhì)量阻尼有機(jī)結(jié)合的新型阻尼系統(tǒng)，既能有效拓寬調(diào)諧質(zhì)量阻尼的減振頻帶、提高減振效率和耐久性，又為顆粒阻尼的結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用提供了實(shí)現(xiàn)途徑。本課題通過振動臺試驗(yàn)、風(fēng)洞模型試驗(yàn)、數(shù)值分析以及參數(shù)優(yōu)化對顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)的減振機(jī)理及應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)振動控制的效果進(jìn)行了研究，揭示了其工作機(jī)理和物理本質(zhì)。五層鋼框架的對比試驗(yàn)表明在不同地震作用下，顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)均能達(dá)到較好的減震效果，其中在上海人工波作用下的減震效果最好（均方根位移與加速度響應(yīng)減震率分別達(dá)到72.17%與70.99%）；另外，合理的參數(shù)選取更有利于發(fā)揮顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)的性能，開展了附加顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)的氣彈風(fēng)洞試驗(yàn)（縮尺比為1：200），試驗(yàn)研究表明顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)對高層建筑風(fēng)致振動響應(yīng)有良好的減振控制效果，控制合理的顆粒密度、增加顆粒數(shù)量、加劇顆粒之間的碰撞等均可以提高其減振效果；基于多顆粒等效原則建立顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的數(shù)值模型，數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果整體吻合較好，峰值加速度吻合較好，而均方根加速度也可以將誤差控制在可接受的范圍內(nèi)；通過微分演化算法對顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)進(jìn)行了全局優(yōu)化，相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的減振率提高了約50%；最后，提出合理的實(shí)用設(shè)計(jì)方法，明確相應(yīng)的核心技術(shù)、設(shè)計(jì)流程、構(gòu)造、制作、安裝和測試要求，并用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。本課題展示了顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)在土木工程應(yīng)用的巨大前景，為土木結(jié)構(gòu)振動控制的發(fā)展提供了另一種有效的途徑，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)是對顆粒阻尼和調(diào)諧質(zhì)量阻尼有機(jī)結(jié)合的新型阻尼系統(tǒng)，既能有效拓寬調(diào)諧質(zhì)量阻尼的減振頻帶、提高減振效率和耐久性，又為顆粒阻尼的結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用提供了實(shí)現(xiàn)途徑。本課題將探索該新型阻尼系統(tǒng)的減振機(jī)理及應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)振動控制的效果。通過振動臺和風(fēng)洞模型試驗(yàn)，以及相應(yīng)的數(shù)值理論分析，總結(jié)減振規(guī)律，揭示工作機(jī)理和物理本質(zhì)，著重考察對于地震和風(fēng)振的振動控制效果；建立建筑結(jié)構(gòu)附加該阻尼系統(tǒng)的精細(xì)離散元模型和等效簡化算法，進(jìn)行參數(shù)敏感性分析及優(yōu)化分析；提出合理的設(shè)計(jì)方法，明確相應(yīng)的核心技術(shù)、設(shè)計(jì)流程、構(gòu)造、制作、安裝和測試要求，并用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。深入開展該組合減振技術(shù)的理論和試驗(yàn)研究，有助于透徹理解該類非線性系統(tǒng)的減振機(jī)理，對于提出一種新的建筑結(jié)構(gòu)被動控制技術(shù)的解決方案具有重要的理論和工程意義。

第一章 緒論

第一節(jié) 模態(tài)分析技術(shù)及其應(yīng)用

一、模態(tài)分析在結(jié)構(gòu)性能評價(jià)中的直接應(yīng)用

二、模態(tài)分析在結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

三、模態(tài)分析在結(jié)構(gòu)損傷診斷和狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

四、模態(tài)分析在聲音控制中的應(yīng)用

第二節(jié) 國內(nèi)外發(fā)展概況

第二章 模態(tài)分析理論

第一節(jié) 單自由度系統(tǒng)振動

一、粘性阻尼系統(tǒng)

二、結(jié)構(gòu)阻尼系統(tǒng)

第二節(jié) 單自由度系統(tǒng)頻響函數(shù)曲線特征

一、粘性阻尼系統(tǒng)

二、結(jié)構(gòu)阻尼系統(tǒng)

第三節(jié) 多自由度系統(tǒng)實(shí)模態(tài)分析

一、無阻尼系統(tǒng)

二、粘性比例阻尼系統(tǒng)

三、結(jié)構(gòu)比例阻尼系統(tǒng)

第四節(jié) 多自由度系統(tǒng)復(fù)模態(tài)分析

一、一般粘性阻尼系統(tǒng)

二、一般結(jié)構(gòu)阻尼系統(tǒng)

第五節(jié) 拉普拉斯變換

一、單自由度系統(tǒng)

二、多自由度系統(tǒng)

第三章 模態(tài)參數(shù)頻域識別法

第一節(jié) 單模態(tài)識別法

一、實(shí)模態(tài)系統(tǒng)

二、復(fù)模態(tài)系統(tǒng)

第二節(jié) 多模態(tài)識別法原則及最小二乘法

一、最小二乘估計(jì)

二、加權(quán)最小二乘法估計(jì)

三、最小二乘估計(jì)數(shù)學(xué)特性與統(tǒng)計(jì)特性

第二節(jié) 非線性加權(quán)最小二乘法

一、理論模型

二、模態(tài)參數(shù)識別

第四節(jié) 正交多項(xiàng)式擬合法

第四章 模態(tài)參數(shù)時(shí)域識別法

第一節(jié) 隨機(jī)減量法

一、單自由度系統(tǒng)

二、多自由度系統(tǒng)

第二節(jié) ITD識別法

一、數(shù)學(xué)模型

二、參數(shù)識別

三、估算模態(tài)參數(shù)

四、增加采樣點(diǎn)以提高識別精度

五、考慮噪聲模態(tài)的ITD法

第三節(jié) 最小二乘復(fù)指數(shù)法(LSCE法)

一、數(shù)學(xué)模型

二、白回歸(AR)模型

三、占算模態(tài)參數(shù)

四、改善識別精度的方法

五、模型定階問題

第四節(jié) ARMA吋序分析法

一、ARMA模型

二、強(qiáng)迫振動方程與ARMA模型的等價(jià)關(guān)系

三、傳遞函數(shù)與ARMA模型的等價(jià)關(guān)系

四、估算模態(tài)參數(shù)

第五節(jié) 特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)法(ERA法)

第五章 應(yīng)變模態(tài)及環(huán)境激勵模態(tài)分析

第一節(jié) 應(yīng)變模態(tài)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

第二節(jié) 應(yīng)變模態(tài)正交性

第三節(jié) 應(yīng)變頻響函數(shù)

第四節(jié) 環(huán)境激勵信號分析

一、脈動風(fēng)的基本特性

二、風(fēng)對大跨度結(jié)構(gòu)的作用

三、環(huán)境激勵下大跨度結(jié)構(gòu)振動特點(diǎn)

第五節(jié) 基于環(huán)境激勵的位移模態(tài)識別技術(shù)

一、頻率識別

二、工作模態(tài)幅值識別

三、工作模態(tài)相位識別

四、模態(tài)阻尼識別

第六節(jié) 試驗(yàn)驗(yàn)證

第六章 結(jié)構(gòu)損傷診斷

第一節(jié) 位移類損傷指標(biāo)法

一、坐標(biāo)模態(tài)確認(rèn)準(zhǔn)則

二、模態(tài)曲率指標(biāo)

三、模態(tài)柔度指標(biāo)

四、模態(tài)應(yīng)變能指標(biāo)

第二節(jié) 應(yīng)變類損傷指標(biāo)法

一、絕對變化量指標(biāo)

二、相對變化量與應(yīng)變模態(tài)差的變化率指標(biāo)

三、坐標(biāo)應(yīng)變模態(tài)確認(rèn)準(zhǔn)則及其改進(jìn)方法

四、彎矩指標(biāo)

五、廣義應(yīng)變比能指標(biāo)

第三節(jié) 模態(tài)測試系統(tǒng)

一、試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的支撐方式

二、激勵方式

三、激勵裝置

四、測量分析系統(tǒng)

五、損傷診斷現(xiàn)場模態(tài)試驗(yàn)步驟

六、簡支梁損傷位移模態(tài)與應(yīng)變模態(tài)數(shù)值仿真分析

七、試驗(yàn)驗(yàn)證

第七章 結(jié)構(gòu)損傷直接指標(biāo)法

第一節(jié) 基于應(yīng)變模態(tài)差分原理的損傷位置直接指標(biāo)法

一、基于損傷應(yīng)變模態(tài)的差分?jǐn)?shù)學(xué)模型

二、差分曲線零值點(diǎn)確定方法

三、損傷位置直接指標(biāo)法

四、混凝土梁早期損傷定位數(shù)值仿真計(jì)算分析

第二節(jié) 基于局域應(yīng)變模態(tài)面積的損傷程度直接指標(biāo)法

一、完好應(yīng)變模態(tài)曲線擬合

二、局域應(yīng)變模態(tài)面積損傷程度數(shù)學(xué)模型

參考文獻(xiàn)2100433B