结构振动控制技术154页PPT

结构动力学中的振动控制技术结构动力学是研究结构在外界加载或激励下的响应行为，而振动控制技术则是一种可以减缓或抑制结构振动的技术手段。

本文将介绍结构动力学中的振动控制技术以及其应用领域。

一、被动控制技术被动控制技术是指通过使用吸振材料、摩擦阻尼器、负质量振子等被动装置来减少结构振动。

这些被动装置可以根据结构的振动状态自动进行调整，从而减少振动对结构的影响。

1. 吸振材料吸振材料是一种可以将振动能量转化为热能或其他形式能量的材料。

通过在结构中使用吸振材料，可以有效地降低结构的振动幅值。

2. 摩擦阻尼器摩擦阻尼器是一种通过摩擦阻尼力来抑制结构振动的装置。

它可以通过调整阻尼力大小来减少结构的振动，从而实现振动控制的目的。

3. 负质量振子负质量振子是一种通过在结构中加入具有负质量的振子来实现振动控制的装置。

它可以通过振子的动态特性来减少结构的振动。

二、主动控制技术主动控制技术是指通过在结构中加入传感器和执行器，利用控制算法对结构的振动进行实时控制。

主动控制技术可以根据结构的振动状态进行主动调控，进而实现精确的振动控制效果。

1. 传感器传感器可以用来实时监测结构的振动状态，并将振动信号传递给控制系统。

常见的传感器包括加速度计、位移传感器等。

2. 执行器执行器是主动控制技术中的关键部件，用于根据控制算法的指令对结构施加控制力。

常见的执行器包括电液伺服阀、电动液压马达等。

3. 控制算法控制算法是主动控制技术中的核心，通过对传感器获取的振动信号进行处理和分析，然后产生相应的控制指令驱动执行器对结构进行控制。

三、应用领域振动控制技术在工程实践中得到了广泛的应用，以下是一些典型的应用领域：1. 建筑结构振动控制通过振动控制技术可以减少建筑结构在地震、风载等外界激励下的振动，从而提高结构的抗震性能和舒适性。

2. 桥梁振动控制桥梁是工程中常见的结构形式，通过振动控制技术可以减少桥梁在行车、风载等激励下的振动，从而提高桥梁的安全性和使用寿命。

断开传递构件嵌入一段轻质材料（或保留空隙），会形 成两个阻抗突变的界面，有效隔断固体声的传播；
两种材质的阻抗比越大、界面间的距离越大、 固体声的频率越高，隔断的效果越明显。
10.2 隔振原理
10.2.1 主动隔振：设备-基础
力传递率Tf：通过隔振装置传递到 基础上力Ff的幅值Ff0与作用在质量 m上激励力的幅值F0之比。
2.安装隔振器 固体声的频率越高，隔断的效果越明显。
f远高于f0时，增大设备基础质量，减小系统的振动； 动力吸振器：在振动构件的适当部位加装共振系统，吸收或抑制构件振动能量。 2 振动隔离（增加振动传递损失） 丁基橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚硫橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、聚氨酯、聚氯乙烯、环氧树脂（）
10.1.3 结构声的隔离
Chapter 10 隔振与阻尼减振
10.1 振动控制的基本途径 10.2 隔振原理 10.3 隔振元件 10.4 隔振设计 10.5 阻尼减振
在振动的传递路径 上采取措施减少振 动的传递
采取相应的措施使 振源受到抑制
10.1 振动控制的基本途径
10.1.1 振源控制 10.1.2 振动隔离 10.1.3 结构声的隔离
10. 3 隔振元件
橡胶隔振垫
10. 3 隔振元件
空 气 弹 簧
10. 3 隔振元件
柔性接管:材质有橡胶、金属、丝网、帆布和塑料等。
10. 4 隔振设计-金属弹簧隔振器
某风机重量4600N，转速1000r/min，由重量为 1300N的电机拖动（不计电机的激励力）。电 机与风机安装在重量为1000N的台座上，采用 钢螺旋弹簧隔振器4点支撑。要求隔振效率为 90%，试设计钢螺旋弹簧隔振器的相关参数。
2 两种材质的阻抗比越大、界面间的距离越大、 2E f 位 固移体传声递 的率 频T率：越通高过，隔隔振断装的置效传果递越到明机显器。上的振动位移幅p值mya0x与系统基础受到0外来振动影响产生的位移幅值yf0之比。

绪 论
振源
受控对象
吸振
3. 吸振：又称动力吸振。在受控对象上附加一个子系 统称之为动力吸振器，用它产生吸振力以减小受控 对象对振源激励的响应。
– 从能量的角度，使激励能量分配到受控对象和子系统上，并 使分配到受控对象上的能量最小，以达到减振目的。
2019/10/17
南京航空航天大学 振动工程研究所
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– 作业：迟交或缺一次作业扣10分，两次取消考试资格 – 缺席处理：无故缺席一次扣10分，三次取消考试资格
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振动控制 Vibration Control
振动控制 Vibration Control
2019/10/17
南京航空航天大学 振动工程研究所
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振动控制 Vibration Control
课程在学科体系中的位置
• 振动控制是联系振动理论和控制理论的一门交叉 学科。
• 结构动力学 • 振动数值分析(有限元计算) • 振动测试与分析、模态分析理论
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振动控制 Vibration Control
参考书籍
• 顾仲权, 振动主动控制 • 张阿舟, 振动控制工程 • 张阿舟, 实用振动工程2 -- 振动控制与设计 • Richard C. Dorf, 现代控制系统(第八版中译
版)
• Wodek K. Gawronshi, Advanced Structural Dynamics and Active Control of Structures
• 主动控制（Active Control）：除外界振动源或干扰外，有 其他外部能量输入或交换的振动系统；

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底层大空间 Lessons from Earthquakes:
damage by weak first story (only columns)
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地震的破坏作用
平面不规则 单层Lessons from Earthquakes: Low rise buildings also are were severely damaged
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地震作用（国外发生的16次地震）
2003年12月 伊朗6.6级强震，5万人死亡。
2004年2月 摩洛哥6.5级地震， 564人死亡。
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地震的破坏作用
中间层刚度突变,剪断 Lessons from Earthquakes: damage by weak story in middle height
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2.工程隔震和减震
⑤复合隔震技术
应用各种不同隔震技术所具有的各自不同的特点，在同 一隔震结构中把不同的隔震装置以并联或串联的方式组合起 来使用，并进行优化，则可兼收各技术的优点，这就是复合 隔震技术。
由于地震的不确定性，具有三维地震分量的三维基础隔 震是非常有必要的，常见三位复合隔震装置有：液压装置和 橡胶支座组合的三维隔震系统；叠层橡胶—碟簧三维隔震支 座；摩擦—弹簧三维复合隔震支座。
2.工程减震、隔震
2.4建筑隔震体系的优点
①明显有效地减轻结构的地震反应 由地震模拟试验结果可知：隔震体系的结构加速度反应
只相当于传统结构加速度反应的1/3～1/10。这种减震效果 是一般传统抗震结构所望尘莫及的。从而能非常有效地保护 结构物或内部设备在强地震冲击下免遭任何毁坏。 ②确保安全
在地面剧烈震动时，上部结构仍能处于正常的弹性工作 状态。这既适用于一般民用建筑结构，确保居民在强地震中 的绝对安全，也适用于某些重要结构物和重要设备。
2.2隔震技术原理
2.工程隔震和减震
该图为无效隔震，这种情况在场地特征周期Tg比较长的软土 场地（比如长三角、珠三角地区）上比较容易出现。
2.3建筑隔震的分类
2.工程隔震和减震
(1)按隔震层的位置划分： ① 基础隔震 ② 层间隔震 ③ 大跨空间屋架或网架支座隔震 ④ 房屋内部局部隔震
2.3建筑隔震的分类
3.2叠层橡胶隔震支座分类
3. 基础隔震技术
（1）天然橡胶隔震支座工作原理： 竖向刚度较大，竖向变
形小；水平刚度较小，线性 性能好。阻尼较小，耗能能 力不强，一般需要与阻尼 器联合使用。
3.2叠层橡胶隔震支座分类
（2）铅芯橡胶隔震支座工作原理： 在普通叠层橡胶支座中插入

第18章 主动减震控制结构试验
18.1 主动质量阻尼器AMD振动台试验
18.3主动质量驱动器AMD试验和工程应用
18.4 主动拉索系统ATS振动台试验
18.5 混合质量阻尼器HMD振动台试验
18.6 主动被动调谐质量阻尼器APTMD工程应用
18.7 主动变刚度AVS工程应用地震考验
18.8 主动变阻尼AVD振动台试验
换。 （4）计算机：A/D转换（模拟信号转换为数字信号）；
数字信号实时处理（按控制算法）； D/A转换（数字信号转换为模拟信号）。 （5）伺服控制器：将模拟信号(u)与反馈信号(u*)进行对比、放大，对伺服
阀及驱动器进行控制。
AMD主动控制系统（图18-4-1）的工作流程如下：
（1）数据采集：地面和结构在地震激励下发生振动反应（位移、速度、 加速度），通过传感器进行在线测量。
16.2 主动控制施加控制力的减震控制
当AMD主动控制结构体系受到地震激励时，产生地震反应。 AMD系统的驱动器驱动质量块，是质量块产生运动，质量块的惯 性力等于控制系统对结构施加的控制力，它通过弹簧、阻尼器和 驱动器作用在结构上，衰减和控制结构的地震反应。
16.3 主动变刚度、变阻尼的减震控制
第16章 结构主动控制的减震机理和系统组成
现有结构主动控制系统类型很多，并且还在不断发展。现以主动控制系 统的典型型式—主动质量阻尼器AMD为例，介绍其系统组成及减震机理， 其他系统类型可以依法类推。
16.1 结构主动控制的减震机理
有n个自由度的线性结构，采用主动减震控制结构体系。
在地震激励下，结构体系的运动方程为：
第15章 结构主动减震控制概述
15.1 结构主动减震控制的基本概念和分类

武汉理工大学结构振动控制Vibration Control of Structure课程：工程结构振动控制理论授课老师：周强学生姓名：吴平学号：104972081971班级：土木研0803结构振动控制吴平（土木研0803班）摘要：本文主要介绍了结构振动控制的概念、基本原理以及分类。

重点阐述了被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制的不同特点。

关键字：被动控制，主动控制，半主动控制，混合控制Vibration Control of StructureWuping(Department of Civil Engineering，Wuhan University ofTechnology)Abstract：This paper introduces the conceptand basic principles and classification of structural vibration control. Highlighted the differences among passive control， active control， semi-active control and hybrid control.Key words ：passive control， active control， semi-active control，hybrid control.引言随着社会的发展，工程结构形式日益多样化以及轻质高强材料的应用，结构的刚度和阻尼比变小。

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。

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，还不能满足口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。

❖ 常遇强烈振动是由撞击作用的机器工作时 产生的，例如锻锤、冲压机等。低速机组和 回转机作用的快速机器产生的振动，通常只 在房屋内部沿着房屋结构传播，而在屋外不 会有振动的感觉。最合理的措施是把振动在 产生的地方抑制。一旦振动已传到建筑物， 应尽力使传输振动衰减。
振动对建筑物的危害
5.2.2 振动对人体的影响
❖ 在工程设计和分析时，通常采用理论计算 传递系数的方法来分析隔振系统的隔振效果， 有时也采用隔振效率来分析隔振系统的性能， 隔振效率为
（1 T）100%
3. 隔振原理
❖ 设质量为m，隔振器可看作是一个劲 度为K的弹簧与一个阻尼系数（摩擦系 数）为Ｒｍ的阻尼器组成的有阻尼振动 系统，把它并联在机器与刚性地基之间。 共振频率f0
❖ 采用大型基础 最常用，最原始的方法；
❖ 防振沟 在机械振动基础四周开设一定宽度 和深度的沟槽，填充软质材料；
❖ 采用隔振元件 在设备上安装隔振器，如弹 簧、胶垫等，使设备和基础之间的刚性连接 变成弹性支撑。
❖ （4）吸振（动力吸振） 在受控对象上附加 一个子系统使得某一频率的振动得到控制， 利用吸振器产生的吸振力以减少受控对象对 振源激励的响应。
f0
f0 Rc
传递系数与频率比的关系曲线
❖ 描述隔振效果的另一个重要物理量是在一 个交变外力作用下的机器振幅，与同样大小 的静态外力作用下的机器静态下沉重之比值， 该比值称为放大系数
D
Ym F0
k
1
[1 ( f )2 ]2 4(( f )2 ( Rm )2
f0
f0 Rc
隔振系统的放大系数D与f/f0和Rm/Rc的值有关。
5.2.1 设备和房屋的振动
❖ 当建筑物外有车辆驶过时，地面振动可 以通过土壤和基础传给房屋结构而产生振动， 在适当的频率和振幅下还会以噪声形式出现。 当室内设备振动频率与结构的固有振动频率 吻合时，后者引起共振，它的振幅有时可使 玻璃、金属薄片出现叮当声。