结构动力反应测定分析

【结构工程的软件时代】结构工程已全面进入软件时代，结构工程师要从繁琐的重复劳动中解脱出来，培养结构概念和体系，锻炼结构整体思维。

《结构概念和体系》是国际著名的结构大师林同炎广为流传的著作。

相信大多数从事建筑结构的工程人员都或多或少读过这本书。

其实，这本书可以说是结构工程师的必修课。

从事结构工作，很重要的一点就是在工作中培养结构概念体系和整体性思维的方法。

这对于结构工程师来讲，是十分重要的。

如今的软件技术已相当发达，很多繁琐的工作都可以通过软件完成，甚至于智能化到了“一键式完成”的地步。

设想，如果在软件再这么智能化而且功能强大下去，到时候，只要输入基本的设计参数和经济指标，按一个回车键，软件就将建筑方案设计、结构方案设计、施工图设计全部一条线完成出来了，那么对结构工程师来说不是一场灾难嘛。

软件取代所有主要工作，技术人员不就要下岗了啊。

所以，我认为，从一个角度来讲，结构工程软件时代的到来，意味着结构工程师的一场“危机”。

如何在这场即将到来的危机面前“明哲保身”，做软件所不能做到的事情是很关键和重要的，什么最关键而重要，我认为就是结构的概念和体系思维，这个才是将来结构工程师的价值所在，而这恰恰是软件所难以做到的。

闲话暂放，言归正传。

这篇博客将粗浅地探讨结构动力学问题的概念和体系问题。

之所以关注结构动力学问题，一是因为结构静力学研究已比较成熟，林同炎前辈的《结构概念和体系》一书中已阐明很完善精辟了，二是因为现阶段工程结构抗震问题是研究的热点和前沿，这个时代里不懂工程抗震概念的结构工程师很难成为一个好工程师。

构件→结构→结构体系，整体性思维，需要工程实践的锻炼以及不断思考的积累。

在实践中，反复向自己提问是培养结构概念的一个好方法。

比如，问自己什么叫振型分解法？有哪些假定？什么叫时程分析法？有哪些优缺点？……这样积累下来，很多概念就越辩越明，结构的概念也就逐渐得到建立。

【结构动力分析的分类】结构动力分析主要包括：特征值分析、反应谱分析、时程分析三大块。

结构动力实验报告结构动力实验报告一、引言结构动力学是研究结构在外力作用下的振动特性和响应规律的学科。

通过实验研究结构的动力响应，可以了解结构的固有频率、振型、阻尼特性等重要参数，为结构设计和抗震设计提供依据。

本实验旨在通过一系列测试，探索结构的动力响应特性。

二、实验目的1. 测定结构的固有频率和振型。

2. 分析结构在不同外力激励下的动力响应特性。

3. 探究结构的阻尼特性。

三、实验装置与方法1. 实验装置：使用一台振动台和一根悬臂梁作为实验结构。

2. 实验方法：a. 测定固有频率和振型：在不同频率下，通过改变振动台的频率控制结构的激励频率，使用加速度传感器测定结构的振动响应，并记录下振动台的频率。

b. 测定动力响应特性：通过改变振动台的振幅，分析结构在不同外力激励下的振动响应，并记录下响应的幅值和相位。

c. 测定阻尼特性：在结构上添加不同阻尼装置，测定结构在不同阻尼条件下的振动响应，并记录下响应的幅值和相位。

四、实验结果与分析1. 测定固有频率和振型：根据实验数据，绘制结构的频率-振型曲线，确定结构的固有频率和振型。

分析不同频率下的振动响应，可以推测结构的模态分布情况。

2. 分析动力响应特性：对于不同外力激励下的振动响应，绘制振动幅值和相位的频率响应曲线，分析结构的频率响应特性，如共振频率、共振幅值等。

通过对比不同外力激励下的响应曲线，可以研究结构的非线性特性和耦合效应。

3. 探究阻尼特性：通过添加不同阻尼装置，测定结构在不同阻尼条件下的振动响应。

分析阻尼对结构响应的影响，可以评估结构的耗能能力和抗震性能。

五、实验结论1. 结构的固有频率和振型是结构动力学研究的重要参数，通过实验测定可以了解结构的模态分布情况。

2. 结构的动力响应特性与外力激励频率和振幅密切相关，通过分析响应曲线可以评估结构的共振情况和非线性特性。

3. 阻尼对结构的动力响应有重要影响，适当的阻尼装置可以提高结构的耗能能力和抗震性能。

第七章结构动力特性试验7.1概述建筑结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能。

它的主要内容包括结构的自振频率、阻尼系数和振型等一些基本参数，也称动力特性参数或振动模态参数。

这些特性是由结构形式、质量分布、结构刚度、材料性质，构造连接等因素决定，但与外荷载无关。

建筑结构动力特性试验量测结构动力特性参数是结构动力试验的基本内容，在研究建筑结构或其他工程结构的抗震、抗风或抗御其它动荷载的性能和能力时，都必须要进行结构动力特性试验，了解结构的自振特性。

1．在结构抗震设计中，为了确定地震作用的大小，必须了解各类结构的自振周期。

同样，对于已建建筑的震后加固修复，也需了解结构的动力特性，建立结构的动力计算模型，才能进行地震反应分析。

2测量结构动力特性，了解结构的自振频率，可以避免和防止动荷载作用所产生的干扰与结构产生共振或拍振现象。

在设计中可以便结构避开干扰源的影响，同样也可以设法防止结构自身动力特性对于仪器设备的工作产生干扰的影响，可以帮助寻找采取相应的措施进行防震，隔震或消震。

3．结构动力特性试验可以为检测、诊断结构的损伤积累提供可靠的资料和数据。

由于结构受动力作用，特别是地震作用后，结构受损开裂使结构刚度发生变化，刚度的减弱使结构自振周期变长，阻尼变大。

由此，可以从结构自身固有特性的变化来识别结构物的损伤程度，为结构的可靠度诊断和剩余寿命的估计提供依据。

建筑结构的动力特性可按结构动力学的理论进行计算。

但由于实际结构的组成，材料和连接等因素，经简化计算得出的理论数据往往会有一定误差。

对于结构阻尼系数一般只能通过试验来加以确定。

因此，建筑结构动力特性试验就成为动力试验中的一个极为重要的组成部分，而引起人们的关注和重视。

结构动力特性试验是以研究结构自振特性为主，由于它可以在小振幅试验下求得，不会使结构出现过大的振动和损坏，因此经常可以在现场进行结构的实物试验，正如本章所介绍的试验实例。

当然随着对结构动力反应研究的需要，目前较多的结构动力试验，特别是研究地震，风震反应的抗震动力试验，也可以通过试验室内的模型试验来测量它的动力特性。

一.概述每个结构都有自己的动力特性，惯称自振特性。

了解结构的动力特性是进行结构抗震设计和结构损伤检测的重要步骤。

目前，在结构地震反应分析中，广泛采用振型叠加原理的反应谱分析方法，但需要以确定结构的动力特性为前提。

n个自由度的结构体系的振动方程如下：M y(t) C y(t) K y(t) p(t)式中M、C、K分别为结构的总体质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵，均为n维矩阵；p(t)为外部作用力的n维随机过程列阵；y(t) 为位移响应的n维随机过程列阵；y(t)为速度响应的n维随机过程列阵；y(t)为加速度响应的n维随机过程列阵。

表征结构动力特性的主要参数是结构的自振频率 f (其倒数即自振周期T)、振型Y(i)和阻尼比_：这些数值在结构动力计算中经常用到。

任何结构都可看作是由刚度、质量、阻尼矩阵（统称结构参数）构成的动力学系统，结构一旦出现破损，结构参数也随之变化，从而导致系统频响函数和模态参数的改变，这种改变可视为结构破损发生的标志。

这样，可利用结构破损前后的测试动态数据来诊断结构的破损，进而提岀修复方案，现代发展起来的“结构破损诊断” 技术就是这样一种方法。

其最大优点是将导致结构振动的外界因素作为激励源，诊断过程不影响结构的正常使用，能方便地完成结构破损的在线监测与诊断。

从传感器测试设备到相应的信号处理软件，振动模态测量方法已有几十年发展历史，积累了丰富的经验，振动模态测量在桥梁损伤检测领域的发展也很快。

随着动态测试、信号处理、计算机辅助试验技术的提高，结构的振动信息可以在桥梁运营过程中利用环境激振来监测，并可得到比较精确的结构动态特性（如频响函数、模态参数等）。

目前，许多国家在一些已建和在建桥梁上进行该方面有益的尝试。

测量结构物自振特性的方法很多，目前主要有稳态正弦激振法、传递函数法、脉动测试法和自由振动法。

稳态正弦激振法是给结构以一定的稳态正弦激励力，通过频率扫描的办法确定各共振频率下结构的振型和对应的阻尼比。

船体结构总振动测量及动力性能评估分析发布时间：2021-07-09T08:52:22.317Z 来源：《科技新时代》2021年4期作者：王柏程[导读] 并与透射矩阵法计算结果进行了比较，为模型修正、损伤检测、服役状态评估等提供了依据[1]。

广船国际有限公司+摘要：本文介绍了某船航行试验中船体结构总振动的动态测试方法，在频率范围内用峰值法确定了船舶的动力特性，并与用传递矩阵法计算的结果进行了比较。

结果表明，当船舶全速航行时，可以通过环境刺激的反应来识别船型。

研究结果可作为模型自适应、损伤检测、服役状态评估和船舶健康状况监测的依据。

关键词：船体总振动；动力特性；传递矩阵引言船舶航行时，螺旋桨机械惯性、尾流场力、主机做功和风浪激振下的激振是环境刺激引起的振动反应。

它不需要大型的激振机，也不影响结构的正常使用。

环境振动试验的实际输入无法测量，模态参数的识别过程只是输出识别。

主机和推进器的周期性干扰力、环境激励、伴流场力以及风浪激励等是船舶航行试验中影响船体稳定的主要因素。

本文在上述激励条件下进行了结构动力反应试验。

用频率响应峰值法确定了该船的固有频率、衰减比、垂向和水平振动，并与透射矩阵法计算结果进行了比较，为模型修正、损伤检测、服役状态评估等提供了依据[1]。

一、艇船体结构总振动相关内容1.激振源及其控制措施船舶的振动主要是由激振源引起的，为了解决振动问题，首先需要找到激励源。

水面舰艇通常有几个激振源，包括螺旋桨、主机、动力机器和波浪。

与此同时，螺旋桨环上的水动力也是由尾部水下表面的总脉动水压力传递给船体所致，如果主机连结起来，脉动水压力也会传递给舵和船体所产生的不平衡力。

由于主机通过主机与机身相连，部分不平衡力矩由机身承担，即水面舰艇在恶劣海况下高速运行时机身的振动。

主船的船首和船尾会受到强烈的波浪冲击和流体冲击载荷（如天花板的选择）而产生强烈的暂时振动。

表面震动的综合处理旨在控制兴奋的来源，如通过改进螺旋桨设计来降低螺旋桨的激振，选择扭矩匹配、平衡性强以及相应转速的主机来降低主机的激振。

结构动力学分析及优化设计我国迅速发展的创新领域为结构动力学分析的发展提供了持续的支持与推动。

结构动力学分析作为一种重要的研究手段，可以帮助工程师更好地优化设计，提高结构的稳定性与安全性。

本文将介绍结构动力学分析及优化设计的相关知识。

一、什么是结构动力学分析?结构动力学分析是一种涉及结构物的动态反应的研究。

不同于静力学分析，结构动力学使我们能够评估建筑、产品和非建筑结构物的动态反应，以更加准确地预测它们长期以来的稳定性和功能性。

在结构动力学分析中，我们通常需要确定结构物的质量特征/惯性特征、刚度特征、阻尼特征和激励载荷特征，以了解结构物的动态响应。

通过确定这些特征，我们可以将结构物的响应量化，从而为理解结构物的长期性能、稳定性和安全性提供一个准确的图景。

二、结构动力学分析的详细步骤1. 模型准备在进行结构动力学分析之前，我们需要准备结构物的模型。

在模型准备阶段，我们使用先进的三维计算机辅助设计（CAD）软件，比如SolidWorks或AutoCAD 等，来创建结构物的几何模型。

2. 网格划分在完成结构物的几何模型后，我们需要进行网格划分。

该过程涉及将结构物的几何模型转换为有限元模型。

在这个阶段，将流畅的几何形状划分成小体积的网格元素。

3. 载荷定义承受荷载是结构物设计的重要方面，所以我们需要定义载荷。

在结构动力学分析中，载荷可以来自各种因素，包括重力、风、地震、机械振动等。

我们还需要考虑载荷大小，频率和振幅。

4. 材料属性定义材料属性定义是结构动力学分析的另一个重要方面。

我们会向结构物中引入不同的材料，比如混凝土、钢和木材等，为每种材料定义适当的物理和力学特性，以生成材料性能模型。

在材料属性定义的过程中，我们通常需要考虑弹性模量、泊松比和材料密度等。

5. 结构动力学分析仿真计算完成输入数据的定义后，我们可以使用一种交互式分析工具，如ANSYS等，对结构物进行结构动力学分析仿真计算。

这可以帮助我们进一步分析结构物的长期稳定性和性能，来改善结构物的设计。

土木工程中的结构动力学分析
结构动力学分析是土木工程中一个重要的研究领域，主要用于确定结构在动荷载作用下的反应规律，以便进行合理的动力设计。

结构反应是指结构的位移、速度、加速度、内力等，也称为结构响应。

在结构动力分析中，通常将质量的位移作为求解时的基本未知量，当质量的位移求出后，即可求出其他反应量，如速度、加速度、内力等。

因此，确定体系上有多少独立的质量位移对问题的求解甚为关键，这个问题归结为振动自由度问题。

在振动过程中的任一时刻，确定体系全部质量位置所需的独立参数个数，称为体系的振动自由度。

在结构动力分析中，要确定体系中所有质量的运动规律，需建立质量运动与动荷载及结构基本参数间的关系方程，即运动方程。

结构动力学分析类型包括：模态分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动响应分析、瞬态动力学分析、刚体动力分析、显式动力分析等。

以上信息仅供参考，如有需要，建议咨询专业人士。

结构动力反应试验解决的问题1. 引言结构动力反应试验，即通过对结构物施加外部载荷或激励，测量结构物的动力反应，从而评估结构的动力性能和安全性。

它是结构工程中的重要分析手段，用于验证设计、改进结构和预防灾害。

本文将介绍结构动力反应试验的目的、步骤和应用，并着重讨论它解决的问题。

2. 结构动力反应试验的目的结构动力反应试验的目的在于获取结构物在不同工况下的动力响应数据，从而评估结构物的振动特性、耐震能力和结构健康状态，解决以下问题：2.1 结构物的振动特性分析结构物在受到外界激励时会发生振动，振动特性是结构物的重要属性。

通过结构动力反应试验可以获取结构物的频率响应函数、模态参数等振动特征数据，从而了解结构物的固有频率、阻尼比、振型等信息。

这些数据有助于工程师理解结构物的动力行为，从而进行结构优化和改进。

2.2 结构物的耐震能力评估结构物的耐震能力是指结构物在地震等外界激励下的抗震性能。

通过模拟地震波加载等动力试验，可以获取结构物在地震作用下的反应信息，如加速度响应、位移响应等。

通过分析这些数据，可以评估结构物在不同地震强度下的抗震能力，指导结构物的抗震设计。

2.3 结构物的健康状态监测结构物在使用过程中会受到各种因素的影响，如材料老化、破损等。

通过结构动力反应试验可以对结构物进行健康状态监测。

例如，利用结构反应数据可以检测结构物是否存在裂缝、松动、变形等问题，判断结构物的安全性和可靠性。

3. 结构动力反应试验的步骤结构动力反应试验一般包括以下几个步骤：3.1 实验准备在进行试验之前，需要对试验对象进行检查和准备工作。

首先，确定试验对象的几何形状、材料参数等基本信息，并选择适当的试验方法和设备。

然后，进行结构物的测量和标定，包括安装加速度计、位移计等传感器，并校准传感器的灵敏度和精度。

3.2 实施试验激励根据试验的目的和要求，选择适当的激励方式，如施加静载荷、冲击载荷或模拟地震波加载。

在进行试验激励时，需要保证载荷的准确度和均匀性，并避免对结构物造成不可修复的损伤。

结构力学的动力响应分析结构力学是研究物体在受力下产生变形和破坏的学科，而动力响应分析是结构力学的一个分支，专注于分析结构在动力载荷下的响应行为。

动力响应分析是工程领域中非常重要的研究内容之一，在设计和评估建筑物、桥梁、飞机等结构时起着关键作用。

本文将介绍结构力学的动力响应分析的基本原理和常用方法。

1. 动力响应分析的基本原理动力响应分析是基于动力学原理，通过建立结构的动力学方程，求解结构在动力载荷下的响应。

根据牛顿第二定律，结构的动力学方程可以描述为:m*a + c*v + k*u = F其中，m是结构的质量矩阵，a是结构的加速度，c是结构的阻尼矩阵，v是结构的速度，k是结构的刚度矩阵，u是结构的位移，F是结构的外力。

通过求解动力学方程，可以得到结构的加速度、速度和位移响应。

2. 动力响应分析的常用方法在实际应用中，有多种方法可以进行动力响应分析，下面介绍两种常用的方法：模态分析和时程分析。

2.1 模态分析模态分析是一种线性分析方法，通过求解结构的固有值和固有向量来描述结构的振动特性。

首先，通过求解结构的本征值问题，得到结构的固有值和固有向量。

然后，根据输入的外载荷，通过模态叠加的方法计算结构的动力响应。

模态分析适用于求解结构的频率响应和模态形态，对于周期性动力载荷较为有效。

2.2 时程分析时程分析是一种非线性分析方法，基于结构的动力学方程和具体的外载荷时程，通过数值积分的方法求解结构的动力响应。

时程分析可以模拟结构在任意形式的非线性动力载荷下的响应，适用于研究地震荷载、爆炸荷载等非周期性动力载荷。

3. 动力响应分析的应用动力响应分析在工程实践中有广泛的应用，下面列举几个常见的应用领域。

3.1 地震工程地震是一种非常具有破坏性的动力载荷，对结构的安全性和可靠性提出了极高的要求。

动力响应分析可以用于评估结构在地震荷载下的响应，进而指导地震设计和加固措施。

3.2 桥梁工程桥梁是承受交通载荷和风载等多种动力载荷的结构，其动力响应分析可以用于评估桥梁的振动稳定性、疲劳寿命等性能，指导桥梁的设计和检测。