阻尼系统

颗粒调谐质量阻尼系统是对颗粒阻尼和调谐质量阻尼有机结合的新型阻尼系统，既能有效拓宽调谐质量阻尼的减振频带、提高减振效率和耐久性，又为颗粒阻尼的结构工程应用提供了实现途径。本课题通过振动台试验、风洞模型试验、数值分析以及参数优化对颗粒调谐质量阻尼系统的减振机理及应用于建筑结构振动控制的效果进行了研究，揭示了其工作机理和物理本质。五层钢框架的对比试验表明在不同地震作用下，颗粒调谐质量阻尼系统均能达到较好的减震效果，其中在上海人工波作用下的减震效果最好（均方根位移与加速度响应减震率分别达到72.17%与70.99%）；另外，合理的参数选取更有利于发挥颗粒调谐质量阻尼系统的性能，开展了附加颗粒调谐质量阻尼系统的气弹风洞试验（缩尺比为1：200），试验研究表明颗粒调谐质量阻尼系统对高层建筑风致振动响应有良好的减振控制效果，控制合理的颗粒密度、增加颗粒数量、加剧颗粒之间的碰撞等均可以提高其减振效果；基于多颗粒等效原则建立颗粒调谐质量阻尼器的数值模型，数值模拟结果与试验结果整体吻合较好，峰值加速度吻合较好，而均方根加速度也可以将误差控制在可接受的范围内；通过微分演化算法对颗粒调谐质量阻尼系统进行了全局优化，相比于传统设计，优化设计的减振率提高了约50%；最后，提出合理的实用设计方法，明确相应的核心技术、设计流程、构造、制作、安装和测试要求，并用于指导工程实践。本课题展示了颗粒调谐质量阻尼系统在土木工程应用的巨大前景，为土木结构振动控制的发展提供了另一种有效的途径，具有重要的理论意义和工程应用价值。

颗粒调谐质量阻尼系统是对颗粒阻尼和调谐质量阻尼有机结合的新型阻尼系统，既能有效拓宽调谐质量阻尼的减振频带、提高减振效率和耐久性，又为颗粒阻尼的结构工程应用提供了实现途径。本课题将探索该新型阻尼系统的减振机理及应用于建筑结构振动控制的效果。通过振动台和风洞模型试验，以及相应的数值理论分析，总结减振规律，揭示工作机理和物理本质，着重考察对于地震和风振的振动控制效果；建立建筑结构附加该阻尼系统的精细离散元模型和等效简化算法，进行参数敏感性分析及优化分析；提出合理的设计方法，明确相应的核心技术、设计流程、构造、制作、安装和测试要求，并用于指导工程实践。深入开展该组合减振技术的理论和试验研究，有助于透彻理解该类非线性系统的减振机理，对于提出一种新的建筑结构被动控制技术的解决方案具有重要的理论和工程意义。

第一章 绪论

第一节 模态分析技术及其应用

一、模态分析在结构性能评价中的直接应用

二、模态分析在结构动态设计中的应用

三、模态分析在结构损伤诊断和状态监测中的应用

四、模态分析在声音控制中的应用

第二节 国内外发展概况

第二章 模态分析理论

第一节 单自由度系统振动

一、粘性阻尼系统

二、结构阻尼系统

第二节 单自由度系统频响函数曲线特征

一、粘性阻尼系统

二、结构阻尼系统

第三节 多自由度系统实模态分析

一、无阻尼系统

二、粘性比例阻尼系统

三、结构比例阻尼系统

第四节 多自由度系统复模态分析

一、一般粘性阻尼系统

二、一般结构阻尼系统

第五节 拉普拉斯变换

一、单自由度系统

二、多自由度系统

第三章 模态参数频域识别法

第一节 单模态识别法

一、实模态系统

二、复模态系统

第二节 多模态识别法原则及最小二乘法

一、最小二乘估计

二、加权最小二乘法估计

三、最小二乘估计数学特性与统计特性

第二节 非线性加权最小二乘法

一、理论模型

二、模态参数识别

第四节 正交多项式拟合法

第四章 模态参数时域识别法

第一节 随机减量法

一、单自由度系统

二、多自由度系统

第二节 ITD识别法

一、数学模型

二、参数识别

三、估算模态参数

四、增加采样点以提高识别精度

五、考虑噪声模态的ITD法

第三节 最小二乘复指数法(LSCE法)

一、数学模型

二、白回归(AR)模型

三、占算模态参数

四、改善识别精度的方法

五、模型定阶问题

第四节 ARMA吋序分析法

一、ARMA模型

二、强迫振动方程与ARMA模型的等价关系

三、传递函数与ARMA模型的等价关系

四、估算模态参数

第五节 特征系统实现法(ERA法)

第五章 应变模态及环境激励模态分析

第一节 应变模态技术发展现状

第二节 应变模态正交性

第三节 应变频响函数

第四节 环境激励信号分析

一、脉动风的基本特性

二、风对大跨度结构的作用

三、环境激励下大跨度结构振动特点

第五节 基于环境激励的位移模态识别技术

一、频率识别

二、工作模态幅值识别

三、工作模态相位识别

四、模态阻尼识别

第六节 试验验证

第六章 结构损伤诊断

第一节 位移类损伤指标法

一、坐标模态确认准则

二、模态曲率指标

三、模态柔度指标

四、模态应变能指标

第二节 应变类损伤指标法

一、绝对变化量指标

二、相对变化量与应变模态差的变化率指标

三、坐标应变模态确认准则及其改进方法

四、弯矩指标

五、广义应变比能指标

第三节 模态测试系统

一、试验结构的支撑方式

二、激励方式

三、激励装置

四、测量分析系统

五、损伤诊断现场模态试验步骤

六、简支梁损伤位移模态与应变模态数值仿真分析

七、试验验证

第七章 结构损伤直接指标法

第一节 基于应变模态差分原理的损伤位置直接指标法

一、基于损伤应变模态的差分数学模型

二、差分曲线零值点确定方法

三、损伤位置直接指标法

四、混凝土梁早期损伤定位数值仿真计算分析

第二节 基于局域应变模态面积的损伤程度直接指标法

一、完好应变模态曲线拟合

二、局域应变模态面积损伤程度数学模型

参考文献2100433B