结构阻尼

阻尼1 引言静止的结构，一旦从外界获得足够的能量（主要是动能），就要产生振动。

在振动过程中，若再无外界能量输入，结构的能量将不断消失，形成振动衰减现象。

振动时，使结构的能量散失的因素的因素称为结构的阻尼因素。

索罗金在其论著中将结构振动时的阻尼因素概括为几种类型，即界介质的阻尼力；材料介质变形而产生的内摩擦力；各构件连接处的摩擦及通过地基散失的能量。

百多年来，不同领域的专家，均根据自身研究的需要，着重研究某种阻尼因素，如外阻尼、摩擦阻尼、材料阻尼及辐射阻尼等。

对于材料阻尼的物理机制，文献[82]、[126]、[127]等分别做了简要描述。

材料阻尼是一个机制比较复杂的物理量，由多种基本的物理机制组合而成。

如金属材料中的热弹性、晶体的粘弹性、松弛效应、旋转流效应、电子效应等对阻尼均有贡献。

对一般的非金属材料（如玻璃、各种聚合物等），电子效应对能量的损失影响较小。

温度、绝热系数等也是影响阻尼的重要因素。

一般来说，非金属材料的能量损失比金属大。

此外地质岩石由不同种固体微粒组成，且有空隙体积，因此，其阻尼特性与一般材料不同。

岩石中能量损失主要由三个物理机制构成：岩石内部微粒间的粘性=岩石的内摩擦及较大的塑性变形，而岩石的内摩擦与岩石内部微粒间接触处的位错及塑性变形有关。

如献[82]所述，为了计算、分析结构在外界载荷作用下产生的反应，人们建立了描述固体材料应力应变关系的物理模型。

最简单的物理模型是单参数模型，即材料只产生弹性应力或只产生粘滞应力，但这两种模型不能代表材料中真实存在的粘弹性。

人们又建立了双参数线性模型，即Maxwell及Kelvin模型。

其中Maxwell模型由线性粘滞体和线弹性体串联而成，Kelvin模型是此二者并联而成的。

若设线粘滞体的应变为一般情况下，在结构振动分析设计中，与弹性力和惯性力相比，阻尼力在数值上较小。

然而，在一定条件下，阻尼因素将起很重要的作用。

如果没有阻尼力存在，振动体系在共振时将达到非常大的幅值。

土木结构的阻尼类型及常用阻尼模型综述
土木建筑结构阻尼(Structural Damping)主要是指土木结构抗震受力时，因材料本身放电、变形超限、声发射及流体部件和元件散发等机制产生的力，从而使受力对象在一定时间内衰减受力的作用。

它与振动控制有着密切的联系。

阻尼类型一般可分为静态阻尼和动态阻尼，其中前者一般通过材料的潜能及抗等效刚度等基本物理理论进行研究，后者则是针对土木结构动力特性的特殊性进行相关原理的研究。

目前常见的阻尼模型包括时变弹簧、瞬时弹性、模拟非线性、惯性质量、变弹簧、环境湿度及温度影响等等。

其中时变弹簧模型是目前最常用的阻尼模型，它基于橡胶材料在拉伸、压块及挠应变中的时变刚度来模拟材料的非线性特性。

时变弹簧模型由一个瞬时弹性系数和一个非线性拟合弹性系数及时变模型组成，并利用位平衡理论得出其动定常方程以进行数值模拟。

此外，瞬时弹性模型和环境湿度等温度影响的模型也被广泛应用于具体结构的阻尼模拟仿真。

在分析土木结构动力特性的衰减过程中，选择合适的阻尼模型来反映材料的非线性特性对研究效果极为重要。

采用不同的阻尼模型反映材料不同的特性，可以更准确地模拟实际结构的变形及力学参数。

因此，通过正确使用合适阻尼模型随之而来的模拟结果，能使结构的抗震性能大大提高，提供给地震防护工作者足够的依据，从而对地震灾害的防治作出有效的贡献。

结构动力学中的阻尼摘要：静止的结构，一旦从外界获得足够的能量（主要是动能），就要产生振动。

在振动过程中，若再无外界能量输入，结构的能量将不断消失，形成振动衰减现象。

振动时，使结构的能量散失的因素的因素称为结构的阻尼因素。

本文列举了常见的几种阻尼模型以及其适用条件，关键词：阻尼，粘性阻尼，滞变阻尼，比例与非比例阻尼1、粘性阻尼1.1粘滞阻尼的模型1865年，Kelvin提出固体材料中存在内阻尼，为了描述这种内阻尼，他借用了粘滞性模型，提出固体材料的内阻尼与粘滞流体中的粘滞阻尼相似，与变形速度有关。

1892年，V ougt发展并完成了此理论，形成了粘滞阻尼模型，其数学表示为d =σηε•其中η为材料的粘滞阻尼常数，ε为材料应变，ε•为材料应变速率。

1.2粘滞阻尼的适用线性粘滞阻尼模型很好描述了粘滞液体中结构的耗能特性，但将此模型用于描述固体材料的内阻尼，则缺乏物理实验基础，其能力耗散系数与振动频率成不合理性已经被许多实验证实。

2、滞变阻尼（频率相关阻尼）2.1滞变阻尼的模型在粘性阻尼模型的基础上，为了保证结构振动时每周消耗掉的能量与结构振动频率的增加而线性增加，提出迟滞阻尼模型，如下：d h f =x θ•式中，h 为材料迟滞阻尼常数，θ为振动频率，h/θ可以看作一个与频率相关的阻尼因子。

2.2滞变阻尼的适用实际工程中，通过阻尼比的选取使粘性阻尼的理论能正确反映所有频率情况下的体系耗能是不可能的，方法是使阻尼比ζ的选取能较为正确的反映感兴趣频段内的耗能能力，通常取外荷载频率等于结构自振频率。

3、库伦阻尼3.1库伦阻尼模型该阻尼模型经常被用来表示被铆接或者栓接的两个结构单元的摩擦。

有库伦定律：d f =N μ式中，d f 为库伦阻尼力，μ为摩擦系数，N 为正压力。

3.2库伦阻尼的适用库伦阻尼描述来自于长压力下的两个干滑动表面支教的干摩擦。

在实际工程中，该阻尼模型经常被用来表示被铆接或者栓接的两个结构单元之间的摩擦。

材料结构阻尼系数测量方法
材料的结构阻尼系数是指材料对振动能量的吸收能力，是衡量材料阻尼性能的重要参数。

测量材料结构阻尼系数的方法有多种，下面我会从不同角度来介绍几种常见的测量方法。

首先，一种常见的方法是通过动态力学分析仪器（DMA）来测量材料的阻尼性能。

DMA是一种精密的实验仪器，能够在一定频率范围内施加振动力或应变，然后测量材料的应力和变形响应。

通过对材料在不同频率下的阻尼能力进行测试，可以得到材料的结构阻尼系数。

其次，另一种常见的方法是使用振动台进行振动试验来测量材料的阻尼性能。

在振动台上，可以将材料样品固定在不同的位置，然后施加不同频率和幅度的振动力，通过测量振动台和材料的振动响应，可以计算出材料的阻尼系数。

此外，还可以利用谐振频率法来测量材料的阻尼系数。

这种方法通过在材料上施加谐振频率的振动，然后测量振动的幅度和相位差，从而计算出材料的结构阻尼系数。

除此之外，还有一些其他间接的测量方法，例如利用声学谐振法或者模态分析法来推断材料的阻尼性能。

综上所述，测量材料的结构阻尼系数有多种方法，每种方法都有其适用的场景和局限性。

选择合适的测量方法需要根据具体的材料特性和实验要求来进行综合考虑。

希望以上介绍能够对你有所帮助。

自由振动衰减法计算结构的阻尼比
自由振动衰减法是一种通过测量结构的自由振动响应来计算结构阻尼比的方法。

具体步骤如下：
1. 对于某个自由度的结构，以该自由度为输入，施加一个初始扰动，例如一个冲击或单一频率的激励。

2. 记录结构在未被激励时的自由振动响应和在激励后的振动响应。

根据这些响应的时间历程计算结构的自然频率和阻尼比。

3. 重复以上步骤，对其他自由度进行相同的计算。

通过多个自由度的计算结果，可以得到整个结构的平均阻尼比。

需要注意的是，自由振动衰减法计算的阻尼比通常偏小，因为忽略了结构中的非线性和耗散效应，只适用于低阻尼的结构。

如果需要更精确的阻尼比计算，可以使用基于振动能量衰减或模态参数变化的方法。

一般多层钢结构抗震计算的阻尼比大家好，我今天要和大家聊一聊关于一般多层钢结构抗震计算的阻尼比的问题。

我们要明白什么是阻尼比，它在钢结构抗震计算中起到了什么作用。

阻尼比是衡量结构在地震作用下抵抗振动的能力的一个重要参数。

简单来说，阻尼比越大，结构在地震中的振动越小，越能保证结构的安全性。

那么，如何计算阻尼比呢？接下来，我将从三个方面来详细介绍。

一、阻尼比的计算方法1.1 基本原理阻尼比的计算方法主要有两种：一种是基于结构的动力响应分析，另一种是基于结构的静力性能分析。

这两种方法各有优缺点，但都可以得到相对准确的阻尼比结果。

在这里，我们主要介绍基于动力响应分析的方法。

1.2 动力响应分析法动力响应分析法主要是通过对结构在地震作用下的动力响应进行分析，得到阻尼比。

具体步骤如下：(1)建立结构动力学模型，包括结构的几何形状、质量分布、刚度矩阵等。

(2)输入地震作用下的激励信号，如地震波。

(3)计算结构的动力响应，如加速度、位移等。

(4)根据动力响应结果，采用适当的数学模型(如双线性模型、多体动力学模型等)计算阻尼比。

二、阻尼比的影响因素2.1 结构参数结构参数对阻尼比的影响主要体现在两个方面：一是刚度，刚度越大，结构在地震中的振动越小，阻尼比越大；二是质量分布，质量分布不均匀会导致结构在地震中的振动增大，阻尼比减小。

因此，在计算阻尼比时，需要充分考虑结构参数的影响。

2.2 地震动特性地震动特性是指地震动的幅值、频率等特性。

不同的地震动特性会对结构的阻尼比产生不同的影响。

例如，当地震动的幅值较大时，结构的振动也会较大，阻尼比会减小；反之，当地震动的幅值较小时，结构的振动也会较小，阻尼比会增大。

因此，在计算阻尼比时，需要考虑地震动特性的影响。

三、阻尼比的应用与优化3.1 应用阻尼比在钢结构抗震设计中有广泛的应用，如在建筑结构、桥梁结构等的设计中都需要考虑阻尼比的问题。

通过合理的阻尼比设计，可以提高结构的抗震性能，降低地震灾害的风险。

结构阻尼测试方法嘿，咱今儿个就来唠唠结构阻尼测试方法这档子事儿。

你说这结构阻尼啊，就好像是建筑或者其他结构的一个小秘密守护者。

它能让结构在面对各种外力的时候，表现得更稳当、更靠谱。

那怎么才能知道这个小秘密守护者的本事有多大呢？这就得靠各种测试方法啦！比如说，有一种方法叫自由振动衰减法。

这就好比是让结构自己尽情地“摇摆”起来，然后咱就盯着它，看它是怎么慢慢停下来的。

通过观察这个衰减的过程，就能算出结构阻尼啦。

就像你看着一个小孩在那蹦跶，从他蹦跶的样子和慢慢停下来的速度，你就能大概猜到他有多调皮或者多文静，对吧？还有强迫振动法，这就像是给结构来一场“强制锻炼”。

给它施加一个特定频率和幅度的外力，然后看它是怎么反应的。

这就好比是你非要拉着一个人去跑步，看他跑得气喘吁吁的样子，你不就知道他的耐力咋样啦。

咱再说说模态分析法。

这可就高级了，就像是给结构做了一次全面的“体检”。

通过分析结构的各种振动模式，来了解它的阻尼特性。

这就好像你要了解一个人的性格，不能只看他表面的行为，还得深入了解他内心的各种想法和情绪呢。

那这些测试方法有啥用呢？哎呀，用处可大啦！就像医生给病人看病一样，只有准确知道了结构的阻尼情况，才能更好地设计、建造和维护各种结构呀。

不然，要是没搞清楚，建出来的房子摇摇晃晃的，那可咋办？而且啊，不同的测试方法都有自己的特点和适用场景。

就跟咱人一样，每个人都有自己的长处和短处。

有的方法可能简单直接，但精度不一定高；有的方法可能复杂一点，但能得到更准确的结果。

你得根据具体情况来选择合适的方法，这可不能马虎。

你想想，要是随便选个方法，结果测出来的数据不靠谱，那不就跟瞎猜差不多嘛。

那可不是闹着玩的呀！咱得对结构负责，对使用这些结构的人负责呀。

总之呢，结构阻尼测试方法可真是一门大学问。

咱得认真对待，好好研究，才能让这些结构更安全、更可靠。

咱可不能小瞧了这事儿，你说是不是？不然到时候出了问题，那可就麻烦大啦！。

阻尼系数的测试方法随着建筑物结构的不断发展和完善，结构阻尼系数的测量在工程领域中变得越来越重要。

结构阻尼系数是描述结构物在振动过程中的耗能能力的重要参数，其大小直接影响着结构物的抗震性能。

因此，准确测量结构阻尼系数对于评估结构物的抗震性能、提高结构物的安全性具有重要意义。

结构阻尼系数的测量方法主要有两种，一种是基于自由振动的方法，另一种是基于强迫振动的方法。

下面将分别介绍这两种方法。

1.基于自由振动的方法自由振动是指在没有外力的情况下，结构物在其自身的固有频率下发生的振动。

基于自由振动的方法通过测量结构物在自由振动下的振动响应，来计算结构阻尼系数。

具体测量步骤如下:(1)在结构物上施加一个小的激励力，使其发生自由振动。

(2)使用振动传感器测量结构物在自由振动下的振动响应。

(3)通过对振动响应数据的处理，计算得到结构物的阻尼比，从而得到结构阻尼系数。

基于自由振动的方法测量结构阻尼系数的优点是测量简便，不需要大量的设备和人力资源，可以在实际工程中广泛应用。

但是其缺点也很明显，由于自由振动的激励力较小，所得到的数据精度较低，同时受到环境噪声和结构物本身的材料和形状等因素的影响，因此其测量结果的准确性有限。

2.基于强迫振动的方法强迫振动是指在外力的作用下，结构物发生的振动。

基于强迫振动的方法通过施加一个已知的外力，来测量结构物在强迫振动下的振动响应，从而计算得到结构阻尼系数。

具体测量步骤如下:(1)在结构物上施加一个已知的外力，使其发生强迫振动。

(2)使用振动传感器测量结构物在强迫振动下的振动响应。

(3)通过对振动响应数据的处理，计算得到结构物的阻尼比，从而得到结构阻尼系数。

基于强迫振动的方法测量结构阻尼系数的优点是测量精度高，可以准确地测量结构物在不同频率下的阻尼比，同时可以通过改变激励力的大小和频率来获得更多的数据，提高测量的准确性。

但是其缺点是需要较为复杂的设备和技术支持，成本较高，同时需要在实验室等特定环境下进行测量，不太适用于实际工程中的应用。