结构振动控制理论与应用现状分析概要
土木工程结构振动控制的研究现状与展望
土木工程结构振动控制的研究现状与展望摘要：地震会给人类世界带来十分严重的危害，具有预测难以及破坏性大等等问题，因此如何保证土木工程建筑的质量具有一定的意义，而土木工程结构振动控制在抗震领域之中具有相当重要的意义，基于此，本文论述了我国土木工程结构振动控制研究的现状以及发展方向。
关键词：土木工程；结构振动；现状；展望1、土木工程结构振动控制的研究现状在地震过程中，工程结构会因剧烈的动力荷载的作用受到一定程度的破坏，而工程结构中的一般抗震设计不能很好的避免荷载造成的损伤，因此土木工程结构振动控制受到人们关注，逐渐应用到工程的抗震领域中。
土木工程结构振动控制就是土木工程结构的特定部位装设隔振垫、消能支撑、消能剪力墙等某种控制装置结构或机构科学合理的控制其工程结构，使其不受到地震或大风中的加速度、位移的影响，保证工程结构、仪器设备、人员的安全。
这些控制装置或机构能分担工程在地震中的振动作用，减弱工程自身承担的力，而且可以通过调整结构的自振频率或周期，增大结构阻尼，施加控制力等，以达到降低结构振动作用下的各种反应。
结构振动控制最早广泛应用在机械、宇航、船舶等领域，后来该技术迅速发展，逐渐应用在土木工程领域。
目前土木工程结构控制主要分为四个方面，分别是被动控制、主动控制、混合控制及智能控制，下面进行详细介绍。
2.1、主动控制振动主动控制研究现状20 世纪50 年代末，由美国科学家率先提出了振动主动控制技术的研究报告，进入20 世纪70 年代振动主动控制才进入广泛的探索阶段，20 世纪80 年代，现代控制理论----- 尤其是随着信号处理技术的成熟，振动主动控制技术得到蓬勃发展。
发展到20世纪90 年代，振动主动控制技术已日趋成熟，其研究对象己经从简单的线性系统发展到复杂的非线性系统，控制系统从简单的单输入单输出发展到多输入多输出系统，控制方法也在不断改进，已成功应用于航空航天结构振动控制、土木工程结构抗震、车辆结构隔震以及其他机械设备振动控制等领域，并且后来出现的模糊控制、神经网络控制等智能控制新型方法也已在振动主动控制中得到应用。
航空航天结构振动控制研究及应用
航空航天结构振动控制研究及应用引言：航空航天领域的结构振动控制一直是一个重要而复杂的课题。
飞行器的振动问题不仅会影响乘客的舒适度，还会对飞行器的性能和安全性产生负面影响。
因此，研究和应用航空航天结构振动控制技术具有重要意义。
本文将介绍航空航天结构振动控制的研究现状、应用场景以及未来发展方向。
一、研究现状1.结构振动控制方法目前，航空航天领域常用的结构振动控制方法主要包括有源振动控制、被动振动控制和半主动振动控制。
有源振动控制利用传感器采集到的振动信号与控制器产生的控制信号相结合，通过外部力或扭矩的施加来减小或消除结构振动。
被动振动控制则通过使用吸振器、阻尼器等被动元件来消除振动能量。
半主动振动控制是将有源和被动振动控制结合起来，主要通过调节阻尼器、模态阻尼器等半主动元件的阻尼特性来实现振动控制。
2.结构振动控制应用场景航空航天领域的结构振动控制应用广泛。
例如，飞机机翼和机身的振动控制可使飞机获得更好的操纵性和稳定性，提高乘客的舒适度。
火箭和卫星发射过程中的振动控制可以确保发射过程的稳定性和安全性，减小结构破坏和负载损失的风险。
此外，航空器和航天器的结构振动控制还可以应用于减少结构噪音、改进系统的动力学性能等方面。
二、应用案例1.飞机结构振动控制飞机的结构振动控制是航空领域中最常见、最重要的振动控制问题之一。
为了提高飞行器的飞行性能和乘客的舒适度，航空工程师一直在研究和应用各种结构振动控制方法。
以纵向振动控制为例，传统的被动振动控制方法使用液压或磁流变技术实现减振。
而近年来，半主动振动控制在飞机结构振动控制中的应用逐渐增多。
研究表明，半主动振动控制不仅可以提供更高的阻尼能力，还可以根据实时振动情况进行频率和阻尼调节，以适应不同飞行状态和振动特征。
这种方法可以有效地减小飞机结构的振动幅度，提高飞行器的稳定性和乘客的舒适度。
2.火箭发射过程振动控制火箭的发射过程存在较大的振动问题，特别是在推力增加和减少的情况下。
工程结构减震控制技术的研究及应用
工程结构减震控制技术的研究及应用随着现代城市的快速发展，高建筑、大桥、隧道等工程结构的建设日益增多，这些工程结构面对自然灾害和人工因素对其造成的威胁不断加剧。
地震是其中最为严重的威胁之一，强震往往能给人们带来不可挽回的损失，如何减少地震对工程结构的破坏，保障人民生命财产安全，成为了当前工程技术领域亟待解决的问题之一。
本文将从减震控制技术的角度出发，探讨减震控制技术的研究及应用现状。
一、减震控制技术的研究现状减震控制技术最早起源于20世纪，当时主要采用的方法是增加等效阻尼或阻尼器，但是这些方法在实际应用中发现效果并不理想，阻尼器使用寿命短，且易损坏；因此，人们开始发展利用主动控制技术进行减震。
随着计算机技术的日益成熟，人们逐渐将主动控制技术引入到减震控制技术的研究中，通过计算机对结构的振动状态进行监测和分析，进而对结构进行主动调节。
如：加装自适应液压减震器、利用智能材料进行控制等。
纵观减震控制技术的发展，目前主要存在两种方法：被动控制和主动控制。
被动控制方法主要是通过钢板摆、液态防盗器、粘滞阻尼器等等被动力学装置来约束结构振动，传递外荷载和能量。
而主动控制方法则通过安装主动负反馈控制器或智能材料等设备来实现结构反馈的调节，从而达到减小地震震源的目的。
二、减震控制技术的应用现状虽然减震控制技术已经在实践应用中证明了其重要性和必要性，但是由于技术成熟度和态度束缚等因素的影响，其普及程度并不高。
中国近年来在这一领域发展很快，也相应有不少建筑采用减震控制技术，如北京大学刘道玉楼、上海环球金融中心等。
这些建筑的减震系统采用了主动控制技术或者结构上采用了减震支撑系统，在发生地震时积极地发挥了安全保障的作用，保障了人民的生命与财产安全。
第二波序列信号分析法（Fourier法）被长期应用于建筑结构减震控制技术研究，这种方法以频域为基础，对结构振动特性进行分析，利用频率滤波的方法来减少地震对结构的破坏。
另外，还有子空间迭代法、广义平衡降阶法等算法也成为建筑结构分析领域的经典技术。
结构振动控制技术研究
结构振动控制技术研究近年来，随着科技的发展，结构振动控制技术也越来越引人关注，并且在工业生产、交通运输、建筑结构等领域得到了广泛应用。
振动控制技术的核心是通过对于结构振动进行监测和调节，使结构达到稳定状态，提高结构的运行效率和寿命。
下面将介绍结构振动控制技术的研究现状和未来发展趋势。
理论研究控制系统能够对结构振动进行调节的前提是建立合适的数学模型。
目前，结构振动控制技术的理论研究主要集中在结构动力学、控制理论等方面。
在结构动力学中，人们通过建立结构的动力学模型，从数学上描述结构在外力作用下的振动规律，同时提出了许多与结构振动相关的理论模型，如有限元法、模态测试法等等。
在控制理论方面，人们研究控制系统的建模和控制原理，探讨控制系统的鲁棒性、自适应性等性能指标，提出了抗振控制器、自适应控制器等多种控制策略。
这些理论模型和控制策略的建立为控制系统的实际应用提供了理论基础。
实验研究实验研究是将理论模型转化为实际控制系统的重要途径。
通过实验验证理论模型的正确性和控制策略的有效性，为控制系统在实际工程中的应用提供技术支持。
目前，结构振动控制技术的实验研究主要集中在模型试验和实际工程中的应用试验两个方面。
模型试验是将实际结构简化为一定比例的模型进行试验研究。
这种试验方法不仅能够降低试验成本，同时也可对结构的运行状况等关键因素进行模拟控制，从而使模型试验成为一种重要的研究手段。
实际工程中的应用试验是将控制系统应用于实际结构的试验研究，将研究结果直接应用于实际工程控制中，从而验证控制系统的可靠性和实用性。
这种试验方法不仅能够促进结构振动控制技术的发展，更能够保障工程的安全、稳定运行。
应用前景结构振动控制技术在工业生产、交通运输、建筑结构等领域都有广泛的应用。
在工业生产领域，振动控制技术可以提高机床精度，防止零件磨损等问题。
在交通运输领域，振动控制技术能够使列车、飞机等交通工具运行更加平稳，提高运输效率和安全性。
在建筑结构领域，振动控制技术可用于减小地震、风等天然灾害对于建筑物的影响，提高建筑物的安全性和适用性。
2021结构振动控制技术的研究现状范文3
2021结构振动控制技术的研究现状范文 引言 土木工程伴随着人类社会的发展而发展。
随着科学技术的不断进步，人类在抵抗各种自然灾害的问题上也取得了一定的进步。
然而在伟大的自然面前，人类仍旧渺小。
我们需要更加先进的技术和更加完备的设施来抵抗灾害的侵袭。
传统的防震技术的作用效果和安全性能十分有限，如果地震发生，结构无法支持，很有可能破坏严重，甚至带来极为严重的生命财产损失。
因此，土木工程结构振动控制技术的研究发展十分重要。
1土木工程结构的减振工作原理 对于消耗能量的减振结构而言，具体是指土木工程结构的抗侧力装置，在该装置内部安装有效能量消耗零部件，进而实现减振目的。
如果土木工程结构遭遇地震并受到能量侵蚀，能量消耗零部件及其装置会产生弹塑性，滞回变形，以此来吸收和消耗因地震所带来的能量，并减小对土木工程结构主体结构的影响程度，进而实现减振和震动控制的目的。
由此可知，减振工作原理与传统正好相反，这也是技术领域中的突破性成就。
其主要的工程结构振动控制原理。
2结构振动控制技术的研究现状 2.1被动控制被动控制是通过改变建筑结构自身一些构件的构造和结构体系的动力学特征，或者在结构的某个部位附加一个子系统，来实现减振的目的一种不需要外部能源的结构控制技术。
由于其结构简单、造价低廉、易于维护且无需外部能源支持，目前已成为建筑与结构设计的热点，许多实际工程中也已经广泛应用。
被动技术主要包括基础隔振技术和耗能吸能减振技术。
基础隔振是在结构的上部与基部之间设置一种隔振消能装置的控制技术，是被动控制的一种，它主要通过减小地震时向地表传输的能量，来减小结构的振动。
基础隔振能明显降低结构的自身振动频率，非常适用于中低层建筑，但由于隔振只对高频率的地震波有效用，所以对高层建筑并不适用。
吸能减振是通过附加子结构，使结构的振动位移，能量重新分配，从而减小结构振动。
耗能减振是在结构体的某些部位，如节点和支撑部等设置耗能阻尼机构。
机械振动主动控制技术的研究现状和发展综述
机械振动主动控制技术的研究现状和发展综述近年来，随着工业技术和科学技术的飞速发展，机械振动控制技术也取得了较大进步，在很多机械系统和工业自动化控制中发挥着重要作用，广泛应用于航天器，动力机械，石油化工，机床，冶金，军事等领域。
本文就机械振动控制技术的研究现状和发展趋势进行综述，旨在探讨该技术的未来发展方向。
一、机械振动控制技术的研究现状机械振动控制技术是控制工程中一个比较新兴的分支。
它的研究是基于机械系统的物理原理而进行的，并包括机械系统的振动特性，振动原理和控制原理等。
目前，机械振动控制技术已取得一定成就，在很多工业控制应用中发挥着重要作用。
1.主动控制策略目前，机械振动主动控制策略主要有状态反馈控制策略、力反馈控制策略和模糊控制策略。
状态反馈控制是最常用的控制策略之一，它是基于机械系统的状态参数进行反馈控制，可以较好地适应系统性能变化和系统外部干扰，但它的控制效率不一定高。
力反馈控制是利用控制系统中的力信号，可以更快地调整系统响应，但会产生较大的控制误差，而且不具有自适应能力。
模糊控制是一种新型的控制策略，它包括模糊规则控制、模糊神经网络控制和遗传模糊控制等，具有良好的自适应性能，但其控制精度不高。
二、机械振动控制技术的未来发展未来，机械振动控制技术将继续取得重大进展，有以下几个方向：1.系统仿真技术系统仿真是一种很重要的机械振动控制技术，它可以对控制系统的性能进行有效分析和优化，有利于提高系统控制效率。
未来，系统仿真技术将继续得到发展，可以实现更加复杂的控制和多项目控制，使系统更加安全可靠，可靠性更高。
2.智能化控制技术智能化控制技术是最新应用的技术之一，它不仅可以自动识别系统情况，智能判断系统的状态，还能根据系统的变化作出动态调整，可以实现精确控制，提高系统效率。
另外，还可以利用专家系统辅助智能控制，提供系统操作和决策支持，实现安全可靠的控制。
三、结语机械振动控制技术是一种新兴的控制工程技术，对机械系统的性能和控制有着重要的意义。
现代结构振动控制理论综述
现代结构振动控制理论综述现代结构振动控制理论综述及评析 1(前言所谓结构振动控制(以下称为结构控制) 是指采用某种措施使结构在动力载荷作用下的响应不超过某一限量，以满足工程要求。
这是一门最近30年发展起来的新兴学科,是综合控制论、计算机、结构振动理论与新材料科学等学科前沿的工程设计新技术。
其目的就是要采取一定的控制措施，减轻和抑制结构在地震、强风及其它动力荷载作下的动力反应，增强结构的动力稳定性,提高结构抵抗外界振动的能力，以满足结构的安全性、适用性、舒适性的要求。
2(结构振动控制的发展早期的控制手段无一例外都是被动控制,因其构造简单、造价低、易于维护且无需外部能源支持, 其中最主要的就是基础隔震技术。
20世纪60年代叠层橡胶垫的应用使基础隔震技术进人了实用化时代。
由于隔震技术的发展历史比较长, 因此它是目前应用比较广泛且成熟的一项结构控制技术, 已被应用到石油储运和石油化工等领域中。
现代控制技术的发展。
现代结构控制技术是在1972年作为一个概念由美籍华人科学家姚治平提出的, 这标志着结构控制技术作为一种新兴的理论开始走上历史舞台, 并且逐步形成了一门新兴的边缘学科。
经典控制论虽然能够解决一些简单的结构控制问题, 但却未在土木工程中得到大规模应用, 因为它针对的是一种单输人单输出的系统, 而土木工程是具有其特殊性的, 其中一点是工程结构往往是多自由度多输出的。
故而结构控制的重大飞跃还在等待更新的控制理论的出现。
20世纪70年代至今, 随着计算机技术的迅速发展和不断进步, 以及系统工程和系统论的进一步研究, 许多科学家和科技工作者进一步提出了大系统理论、人工智能学说、神经网络、模糊识别与模糊控制论等理论和技术, 使自动化技术的控制理论从“ 第二代控制理论” 现代控制理论转向了以智能控制理论为基础的“ 第三代控制理论” 智能控制理论。
这一理论也正在向结构控制理论中映射, 并产生了一些阶段性的成果如结构模糊控制理论、结构智能控制理论等。
振动控制理论及其在工程中的应用
振动控制理论及其在工程中的应用一、引言振动是指由于突然的力量或者频繁的震动导致的物体固有运动。
在实际工程中，振动问题是不可避免的，因此如何有效控制振动成为研究和实践工程的关键问题之一。
振动控制理论作为一门分支学科，已成为日益成熟和重要的领域，它的优化成果和空间变形研究对实际工程问题的解决，具有重要的支撑和指导价值。
二、振动控制理论的概念及其理论基础1、概念振动控制是指以控制理论和控制方法尽量抑制或减小系统振动或使系统保持平衡的控制制度。
2、理论基础振动控制理论本质上是一个多学科的领域，其研究对象包括力学、结构动力学、材料科学、信号处理、数学和控制学等，它综合了这些学科的方法和手段。
因此，振动控制理论的理论基础涵盖了多个学科理论的相关基础，包括控制论、信号处理、机械振动、结构动力学和材料科学中的材料设计理论等。
三、常见的振动控制方法及其应用1、有源振动控制有源振动控制采用控制器来实现力或位移等控制方式，其最大优点是能够通过系统控制实现精确的抑制和减振。
该方法由于其对环境噪声来源有较强的抑制力，因此在某些飞机、汽车、电子设备和地铁等运输工具的控制系统中被广泛应用。
2、无源振动控制无源振动控制是采用材料或结构的特殊设计，通过双层材料或结构的选择、合理的材料叠层方式、结构变形和局部加强等来实现抑制和减振控制。
该方法的优点是控制代价小，控制方式简单，因此在一些无源振动控制设备中得到广泛应用。
3、混合振动控制混合振动控制是将有源振动控制和无源振动控制相结合，以充分利用有源振动控制和无源振动控制的优点，来实现系统的抑制和减振。
该方法应用在飞机、汽车和高铁等控制系统中，具有较好的效果。
四、振动控制的应用示例振动控制的应用以自然灾害和工程领域应用较为广泛。
自然灾害领域，地震的不可预报性和突发性，使地震响应控制成为重要技术。
在工程领域中，如大型建筑、桥梁、塔等建筑结构和机械系统振动等，均需要利用振动控制技术来维护其安全稳定运行。
土木工程结构振动控制的研究现状与展望建筑工程论文
土木工程结构振动控制的研究现状与展望建筑工程论文土木工程结构振动控制的研究现状与展望建筑工程论文摘要：近年来，我国土木工程行业发展迅速，且为推动建筑产业的发展做出了较大贡献。
为了进一步提高土木工程结构的稳定性和抗震性，文章以土木工程结构的振动控制作为主要研究对象，通过对其概念进行阐述，进而对其研究现状展开了详细的论述和分析，并对其在未来的发展方向予以全面展望。
关键词：土木工程结构；振动控制；主动控制；被动控制随着地震灾害的频繁发生，传统的基于构件承载与变形能力消耗地震能量的抗震方法已难以适应土木工程的抗震能力的新要求，在此背景下，作为现代控制理论中的重要组成部分，振动控制理论被引入土木工程结构的抗震研究领域当中，较好地提高了工程的稳定性与抗震性。
1 土木工程结构的振动控制概述土木工程结构的振动控制即，将隔振垫等相关装置或消能支撑和剪力墙等整体构件安置在结构的特定部位，在风火地震的作用下，使整体结构能够得到合理控制并确保结构自身及其内部人员与设备处于安全状态的一种振动控制技术。
就现阶段而言，关于土木工程结构振动控制的研究主要包括了被动控制、主动控制和混合控制。
2 主动控制土木工程结构的主动控制装置包括仪器测量系统以及控制和动力驱动系统，其中，仪器测量系统主要负责对结构的动力响应和外部传达的激励信息进行测量，控制系统负责对仪器测量系统所传递的测量信息进行处理，在实现控制律的同时，输出相应的动力驱动系统指，而动力驱动系统在制定驱动下产生控制力，其所需的能量来源大都由外部能源结构予以攻击，从而经辅助子结构将控制力作用在受控结构处，达到抗振目的。
目前，主动控制主要分为两种类型，首先，是控制力型，其装置主要包括主动质量阻尼系统与支撑系统、主动拉索系统以及气体脉冲发生器和主动空气动力挡风板系统。
基于控制力型的主动控制是借助外部能源，当土木工程结构受到激励而产生振动时，向结构施加相应的控制力，促使结构受振动而产生的振动反应能够迅速得到有效控制。
结构控制理论及应用
二、结构振动控制的研究及发展现状
• 在智能结构控制中，使用径向基函数神经网络模拟和 控制结构的反应是比较成功的。Paez使用特殊的径向基函 数网络连接标准化线性样条网络预测单自由度体系在随机 荷载作用下的反应。Venini等使用基于BP算法的多层神经 网络对多自由度粘弹性结构进行混合振动控制，有效减小 隔震基础的水平位移，取得明显的控制效果。Amini等同样 使用基于BP算法的多层神经网络识别和控制一个10层实际 结构，利用在该楼上的实际安装的13个传感器记载的实际 地震反应记录，训练神经网络，并对该网络进行数值仿真 主动控制，取得较好的控制效果。
模型拱桥有限元模型图
四、实例分析
4.2 通阳大桥的自振频率及振型
在结构动力性能分析中，一般情况下结构前几阶自振频率和振型起 控制作用，所以只需结构的前几阶自振频率和振型。通过ANSYS采用 子空间迭代法进行桥梁模态分析，计算模态数取20。
4.3 通阳大桥受控模态的确定
为确定通阳大桥的受控模态，我们在大桥有限元模型上进行移动 荷载激励。本文选定移动荷载采用参数为V=70Km/h，f=(13+7)ton， 轴间距1.8m。由模型拱在移动荷载激励下的振型贡献率计算结果可得， 移动荷载激励下前20阶振型参与作用较大的模态为1和17模态，其中， 17模态为排架小模态，对主拱的影响不大，而1模态为全桥模态。因此， 主导模态为第1模态，即：全结构面内1阶反对称竖向振型。振型贡献 率达到了30.2%。
二、结构振动控制的研究及发展现状
在土木工程结构控制中，以模糊逻辑为基础的模糊控制 器的研究和应用，也取得了很大的成功。模糊控制经常和 神经网络联合使用，发挥彼此的特长，明显提高结构控制 的效果。土木工程中主要利用模糊控制理论和模糊逻辑中 的模糊推理功能，来实现结构的智能控制。模糊控制准则 和隶属函数的建立和参数的选取，是控制结果好坏的关键。 因此，在当前结构振动控制领域，利用模糊逻辑技术的研 究成果，大多数属于理论研究方面，还有一些属于实验研 究方面，而在实际工程中的应用并不多见。
结构力学教学中的结构振动与控制解析学生如何分析结构的振动特性和控制振动的方法
结构力学教学中的结构振动与控制解析学生如何分析结构的振动特性和控制振动的方法结构力学教学中的结构振动与控制解析在结构力学的教学中，结构振动和控制是一个重要的内容。
结构的振动特性对于工程设计和结构稳定性的评估有着重要的影响，而控制振动的方法则能够有效地减少结构的振动幅度，提高结构的稳定性和安全性。
本文将从如何分析结构的振动特性以及控制振动的方法两个方面进行探讨。
1. 结构的振动特性分析结构的振动特性分析是研究结构在受力作用下的动力响应，了解结构的固有振动频率、模态形态和振型等。
分析结构的振动特性需要掌握以下几个步骤：1.1 建立结构的动力模型首先需要建立结构的动力模型，常见的模型包括单自由度振动系统、多自由度振动系统和连续振动系统。
对于不同的结构类型，选择相应的动力模型进行分析。
1.2 确定结构的边界条件在进行振动特性分析时，需要确定结构的边界条件。
边界条件包括结构的支撑方式、受力情况等。
边界条件会影响结构的振动特性，因此需要准确地确定。
1.3 求解结构的特征频率和振型利用相应的振动方程或者数值计算方法，求解结构的固有频率和振型。
固有频率与振型是结构振动特性的重要指标，可以用来评估结构的稳定性。
1.4 分析结构的共振情况在进行结构振动特性分析时，需要分析结构的共振情况。
共振是指结构的固有频率与外力频率相等或者接近，使得结构的振动幅度大幅增加。
分析结构的共振情况有助于设计合理的结构控制策略。
2. 控制振动的方法控制振动是为了限制结构的振动幅度，提高结构的稳定性和安全性。
常见的控制振动方法包括主动控制和被动控制。
2.1 主动控制主动控制是利用外部控制设备对结构进行主动干预，实时调节结构的振动响应。
常见的主动控制方法包括挠度反馈控制、模态控制和时间历程控制等。
主动控制需要实时监测和反馈结构的振动响应，并根据反馈信号对结构进行控制。
2.2 被动控制被动控制是通过改变结构的刚度、阻尼或者质量来控制结构的振动。
结构振动控制技术的应用与发展
结构振动控制技术的应用与发展在现代工程领域中，结构振动是一个常见且重要的问题。
无论是高层建筑在风荷载作用下的晃动，还是桥梁在车辆通行时的振动，都可能对结构的安全性、稳定性和使用性能产生不利影响。
为了有效应对这些问题，结构振动控制技术应运而生，并在近年来取得了显著的发展和广泛的应用。
结构振动控制技术的基本原理是通过施加外部控制力或调整结构的自身特性，来减小结构在动态荷载作用下的振动响应。
根据控制方式的不同，可分为被动控制、主动控制和半主动控制三种主要类型。
被动控制技术是最早发展起来的结构振动控制方法之一。
它主要通过利用结构自身的特性或附加的被动元件来消耗振动能量，从而达到减振的目的。
常见的被动控制装置包括阻尼器、隔振器和耗能支撑等。
例如，在建筑结构中广泛使用的粘滞阻尼器，能够在结构振动时产生阻尼力，有效地消耗能量，减小结构的振动幅度。
被动控制技术具有构造简单、成本低、可靠性高的优点，但由于其控制效果相对有限，通常适用于对振动控制要求不太高的场合。
主动控制技术则是通过传感器实时监测结构的振动状态，然后由控制器根据预设的算法计算出所需的控制力，并通过作动器施加到结构上，以实现对结构振动的主动抑制。
主动控制技术具有控制效果好、适应性强的优点，但由于需要外部能源供应和复杂的控制系统，其成本较高，且可靠性相对较低。
目前，主动控制技术在一些对振动控制要求极高的重要工程结构中得到了应用，如大型桥梁和高层建筑。
半主动控制技术结合了被动控制和主动控制的优点，通过调整控制装置的参数来实现对结构振动的控制。
半主动控制装置通常只需要少量的外部能源输入，就能实现较好的控制效果，同时具有较高的可靠性和较低的成本。
例如，磁流变阻尼器和电流变阻尼器就是常见的半主动控制装置，它们可以根据外部控制信号改变阻尼特性，从而有效地控制结构振动。
结构振动控制技术在众多领域都有着广泛的应用。
在土木工程领域，高层建筑、大跨度桥梁和体育场馆等大型结构是其主要应用对象。
振动控制理论在建筑结构中的应用
振动控制理论在建筑结构中的应用建筑结构作为人们生活、工作和娱乐的重要场所，其稳定性和安全性对于人们的生命财产安全至关重要。
然而，在实际使用中，建筑结构往往会受到外部因素的干扰，如地震、风力、人员聚集等，导致结构振动，进而影响建筑物的稳定性和安全性。
因此，振动控制理论被广泛应用于建筑结构的设计和建造中。
振动控制理论是通过对结构振动的分析和优化，采取相应的控制手段，降低结构振动的影响，从而达到提高建筑物稳定性和安全性的目的。
具体而言，振动控制理论主要采用控制器、传感器、执行器等设备，对结构进行反馈控制，控制结构振动的幅值和频率，从而减小自然振动和外力的影响。
振动控制理论在建筑结构中的应用包括被动控制和主动控制两种方式。
被动控制是指通过耗散能量的方式来减小结构振动的幅值和频率，常见的被动控制方式包括刚性阻尼和减振器等。
刚性阻尼是依靠加入钢束等硬性材料，来增加结构的刚性，减小振动的幅值和频率。
减振器则是一种被动式振动控制器，其基本原理是通过阻尼材料吸收结构振动能量，从而减小结构振动的幅值和频率。
主动控制是指通过对系统进行实时反馈控制，并根据反馈信息实时调整控制参数，从而达到振动控制的目的。
主动控制常使用的控制策略包括LQR(线性二次型调节)、天然频率调节、模态控制等。
其中，LQR是通过对控制器参数进行调整，使系统能够尽量满足稳定性和性能的要求；天然频率调节则是通过在结构上控制力的大小和方向，调整结构天然频率，从而减小结构振动的幅值和频率；模态控制则是通过改变结构的模态，来实现振动控制的目的。
除了被动控制和主动控制外，结构优化设计也是振动控制的重要手段。
通过对结构的某些参数进行优化设计，如结构形态、剪力墙的数量和密度、裂缝控制等，可以有效地减小结构振动的幅值和频率，提高建筑物的稳定性和安全性。
需要指出的是，振动控制手段的选择要根据具体情况进行，不能简单地套用一种振动控制方式，必须根据建筑物的特性、使用环境、使用状态等多方面因素进行综合考虑。
建筑结构中的振动分析和控制
建筑结构中的振动分析和控制第一章：引言建筑结构震动分析和控制是保障人民生命财产安全、提高建筑品质和使用寿命的重要环节。
振动是指物体固有频率的周期性运动，建筑物在使用过程中受到的外界荷载和内部产生的振动会影响建筑结构的安全可靠性和舒适度。
因此，对于建筑结构的振动问题，建筑师和结构工程师必须进行详细的分析和控制。
本文旨在介绍建筑结构中的振动分析与控制方法，为建筑结构设计提供参考。
第二章：建筑结构振动分析振动的分析是了解建筑结构的自然频率、共振情况以及对外部荷载的响应等问题。
建筑结构的振动分析包括三个阶段的内容：建筑结构模型的建立、模型的求解和结果的分析。
2.1 建筑结构模型的建立建筑物建造过程中，会建立拟静力模型进行荷载分析和设计计算。
在振动分析中，我们同样需要建立模型以进行分析。
建筑物的振动分析可以使用有限元方法(Finite Element Method，简称FEM)或半经验模型方法。
通过对建筑物的物理特性和结构形式进行建模，可以对建筑物的振动分布、振动形式、振动状态等进行预测和模拟。
2.2 模型的求解有了模型之后，我们就需要使用数学方法进行求解。
振动分析中使用的数学方法包括Eigenvalue Analysis Method(特征值分析法，简称EAM)和Frequency Response Analysis Method(频响分析法，简称FRA)。
EAM用于求解固有频率和振型，FRA用于计算受到外力激励后的响应。
2.3 结果的分析在分析建筑物振动数据前，我们需要了解震动参数的意义。
建筑物震动常用参数是振型、固有频率、振动模态、地震响应谱等。
振型表示在不同时刻建筑物的振动状态，是一个时间变化的函数；固有频率是建筑物自身振动的频率；振动模态是指建筑物在振动中不同点的振幅以及相位差异；地震响应谱是指建筑结构在地震作用下的反应情况。
第三章：建筑结构振动控制建筑结构振动控制为振动问题的解决提供了有效的手段。
振动控制技术现状与进展
进展
近年来，随着科学技术的不断进步和创新，振动控制技术在理论研究和实际 应用方面都取得了一些重要进展。
在理论方面，研究人员利用数值模拟和实验方法对复杂结构的振动特性进行 了深入研究，建立了更加精确的数学模型和算法，为振动控制技术的进一步发展 提供了重要的理论支撑。
在实际应用方面，一些新兴的振动控制技术和产品不断涌现。例如，智能材 料和结构在振动控制领域的应用逐渐受到广泛。智能材料具有自感知、自适应和 自修复等特性，能够根据外部激励进行实时调整，从而有效地减小结构的振动响 应。此外，基于机器学习和人工智能技术的振动控制方法也得到了快速发展，为 更加精细和智能的振动控制提供了新的可能。
3、车辆工程：在车辆工程中，振动控制技术可以有效地提高车辆的舒适性 和安全性。例如，通过在车辆底盘上应用振动控制技术，可以有效地减小车辆的 振动响应，从而提高车辆的舒适性和安全性。
4、机械制造：在机械制造中，振动控制技术可以有效地减小机械设备的振 动响应，从而提高机械设备的精度和使用寿命。
具体案例
航天器在发射、执行任务和返回过程中，面临着多种形式的振动和冲击，如 火箭发动机的振动、大气抖动、着陆时的冲击等。这些振动和冲击可能对航天器 的结构、仪器设备、通信系统等造成不良影响，严重时甚至可能导致任务失败。 因此，航天器振动控制技术的意义在于，通过采取有效的控制措施，降低振动对 航天器的有害影响，从而提高航天器的性能和可靠性。
振动控制技术现状与进展
01 引言
03 具体案例 05 未来展望
目录
02 现状 04 进展 06 参考内容
引言
振动控制技术是用于减少、消除或利用振动现象的一种工程技术。在现代化 的社会中，振动控制技术已经广泛应用于各个领域，如航空航天、土木工程、车 辆工程、机械制造等。随着科学技术的不断发展，振动控制技术也日新月异，本 次演示将介绍振动控制技术的现状、具体应用案例以及近年来的一些进展，并对 未来的发展趋势和前景进行展望。
土木工程结构减震控制研究现状及进展
土木工程结构减震控制研究现状及进展摘要：对提土木工程领域结构减震控制的研究现状进行了分析，阐述了目前主要减震控制使用的原理和方法，对国内外新出现的减震控制方法和研究成果进行了综述和评价，对今后的研究进行展望并提出了发展方向。
关键词：结构减震；振动控制；智能控制土木工程结构减震控制一般包括被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制。
目前，被动控制已经广泛应用于工程领域，而主动和半主动控制还处在理论和实验研究阶段。
本文对目前国内外结构工程减震控制的研究现状进行归纳分析，对该领域的研究成果进行综述，为后续的研究指引方向。
1 被动控制被动控制主要是进行基础隔震和耗能减震，基础隔震是在上部结构和基础之间设置水平柔性层，延长结构侧向振动的基本周期，从而减小水平地震地面运动对上部结构的作用。
基础隔震的研究主要是研究开发出性能优越且价格低廉的隔震装置。
1978年美国Kelly J M和Eidinger J M 提出叠层橡胶支座隔震方法和技术，从此结构基础隔震进入了蓬勃发展的阶段。
一些研究和应用较广的隔震装置包括夹层橡胶垫隔震装置、滚珠（或滚轴）加钢板消能装置、粉粒垫层隔震装置、铅塞滞变阻尼器隔震装置、钢滞变阻尼器隔震装置、基底滑移隔震装置、悬挂基础隔震装置、混合隔震装置等。
目前基础隔震的应用已相当广泛，隔震结构的分析和设计方法也日渐成熟。
世界上已建成了上千座隔震建筑和桥梁，并表现出良好的减震效果。
2001年我国正式把隔震技术写入规范。
结构耗能减震是在结构中设置非结构构件的耗能元件，结构振动使耗能元件被动地往复相对变形或者在耗能元件间产生往复运动的相对速度，从而耗散结构振动的能量，减轻结构的动力反应。
目前已经研究发展起来的耗能装置主要有金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器、调谐质量阻尼器（TMD）和复合型耗能器等。
被动耗能减震结构已在国内外建成了数百座，并在一定程度上经受了地震的考验。
中国目前也有几十余座新建或加固的被动耗能减震建筑与桥梁。
结构振动控制技术的研究与应用
结构振动控制技术的研究与应用随着科技的不断发展，人们对于建筑物结构的安全性和稳定性的要求也越来越高。
结构振动控制技术的研究与应用，旨在减小或消除建筑物在自然地震、风、交通和人群活动等动力激励下可能发生的结构振动，从而提高建筑物的安全性和稳定性。
本文将从结构振动控制技术的定义、类型、研究进展和应用实例等方面进行探讨。
第一部分：结构振动控制技术的定义和类型结构振动控制技术，顾名思义，即是通过各种手段对建筑物结构产生的振动进行控制，使其在承受外力时不会产生过大的振动，并且能够保证建筑物的结构不会受到过大的影响和损伤。
根据控制手段的不同，结构振动控制技术主要可以分为被动控制、主动控制和半主动控制三种类型。
被动控制类似于阻尼器，是一种通过单向连接的装置抵抗结构的振动的技术。
它利用钢材、橡胶，或者其他质材，制成阻尼器，将其装置在结构上，达到减少结构振动的目的。
主动控制技术则是通过控制激励（如电机、液压缸等）对建筑物进行反向振动，从而达到消弱结构振动的效果。
主动控制技术可以根据控制策略的不同分为负反馈控制和POSITIVE項正香控制等。
半主动控制是介于被动控制和主动控制之间的一种技术，它兼具了先进性和效果的实用性。
半主动控制技术是通过将物理原理、控制逻辑和复杂算法相结合，再利用可变阻尼、可变刚度、可调质量等元件和各种传感器、执行器、控制器等设备进行控制，以摄动结构或控制系统的状态来减振对结构的影响。
第二部分：结构振动控制技术的研究进展目前，国内外学者对于结构振动控制技术的研究比较深入。
在被动控制方面，许多学者都从材料的角度进行研究，提出了阻尼器、减震装置等控制装置。
在主动控制方面，学者们主要关注控制策略和控制器的设计。
负反馈控制力和置正香醛香控制器受到了广泛的研究，同时也有广泛的应用。
研究人员还探究了拓扑优化、自适应、模糊逻辑、神经网络等方面的发展，以实现更高效、更可靠的控制效果。
半主动控制技术相对较新，近年来，相关研究也得到了广泛重视。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
文章编号:100926825(20091920059202结构振动控制理论与应用现状分析收稿日期:2009203206作者简介:徐飙(19702,男,工程硕士,高级工程师,中水淮河规划设计研究有限公司,安徽蚌埠233000徐飙摘要:主要介绍了结构振动控制的概念、基本原理以及分类,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,最后对结构振动控制的应用现状和发展前景做了展望。
关键词:结构振动控制,概念,基本原理,分类,应用现状中图分类号:TU312文献标识码:A传统结构抗震设计是通过加大构件尺寸、提高材料强度等来加强结构自身的抗震能力,这些方法除了对地震烈度的适应性不佳外,保护目标也比较单一,而且使结构造价大大增加,随着社会的发展,工程结构形式日益多样化,高层和高耸结构也层出不穷。
对高层建筑和高耸结构来说,水平荷载是主要荷载之一,并且往往起着控制作用,而对大跨度空间结构来说,竖向荷载却是主要控制荷载。
水平荷载一般包括风荷载和地震荷载,这两种荷载都是动力荷载。
随着高层建筑和高耸结构高度与高宽比的增大以及轻质高强材料的作用,其刚度和阻尼不断降低,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[1]。
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,还不能满足日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。
结构振动控制可以有效地减轻结构在风和地震等动力作用下的反应和损伤,提高结构的抗震能力和抗灾性能,是抗震减灾积极有效的对策。
1振动控制的概念及原理自1972年美籍华裔学者姚治平(J ・T ・P ・Y ao 教授明确提出土木工程结构控制的概念以来,国内外很多学者在结构控制的方法、理论、试验和应用等方面取得了大量研究成果。
隔震消能和各种减震控制体系具有传统抗震体系所难以比拟的优越性,即明显有效减震(能使结构地震响应减到10%或更低,其中已有多项技术成功地应用于工程实践。
国际上,美国、日本、澳大利亚、新西兰和法国等国家在这方面走在前列。
国内学者自20世纪80年代初期以来,对夹层橡胶垫隔震结构、粘弹性阻尼器、TMD 和TLD 、耗能支撑、层间隔震、主动控制等方面的研究取得了一系列成果。
经过20多年的发展,结构控制现在正朝着研制高效的被动控制装置、发展以参数控制为主的半主动控制和探索结构智能控制的方向发展。
结构控制的概念几经完善,具体可表述为:在工程结构的特定部位装设某种装置(例如隔震垫等或某种机构(例如消能支撑、消能剪力墙、消能节点、消能器等或某种子结构(例如调频质量等或施加外力(外部能量输入或调整结构的动力特性,使工程结构在地震(或风的作用下,其结构的动力响应(加速度、速度、位移得到合理的控制,确保结构本身及结构中的人员仪器设备的安全和处于正常的使用环境状况[2]。
控制系统的基本元素为传感器、处理器(也称控制器和作动器。
传感器感受外部激励及结构反应的变化信息,处理器接受这些信息并依据一定的控制算法计算所需控制力,作动器则产生所需的控制力并作用到结构上,从而实现对结构的控制。
2振动控制的分类依据是否需要外界能源,结构控制可分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制四类[3]。
被动控制也称无源控制,它不需要外部输入能量,仅通过控制系统改变结构系统的动力特性达到减轻动力响应的目的。
而主动控制的过程则依赖于外界激励和结构响应信息,并需要外部输入能量,提供“控制力”。
半主动控制也利用结构响应或外界激励信息,但仅需要输入少量能量以改变控制系统形态,达到改变结构动力特性从而减轻响应的目的。
混合控制(也称杂交控制指的是上述三类控制的混合应用,在结构上同时施加主动和被动控制,整体分析其响应,既克服纯被动控制的应用局限,也减小控制力,进而减小外部控制设备的功率、体积、能源和维护费用,增加系统的可靠性[4]。
2.1被动控制结构被动控制是一种无源控制方法,包括隔震、吸振和耗能三大控制形式,采用直接减少、隔离、转移、消耗能量的方法达到减小结构振动的目的。
在我国,20世纪50年代就提出基础隔震思想,80年代末结构控制方面的研究正式起步。
由于被动控制易于工程实现,设计得好,效果不错,受到普遍重视。
结构隔震体系是指在结构物底部与基础面(或底部柱顶之间设置某种隔震装置而形成的结构体系。
它包括上部结构、隔震装置和下部结构三部分。
为了达到明显的减震效果,隔震装置或隔震体系必须具备下述四项基本特性:1承载特性;2隔震特性;3复位特性;4阻尼消能特性。
吸振减震是指在主体结构上附加吸振器子系统,用以减小主结构的振动。
吸振器是包括质量系和弹簧系的小型振动系统,以质量系产生的惯性力作为控制力,通过弹簧系作用于主结构。
常与粘滞阻尼器联合使用,并以阻尼器命名。
耗能减震是指利用各种阻尼元件、吸能部件或摩擦支撑产生的阻尼力、塑性变形或摩擦力来衰减结构在外界干扰(如风荷载和地震荷载等下的振动响应,具有耗能能力强、低周疲劳性能好的特点。
结构消能减震的实质是,在结构内设置消能构件(或消能装置,它们能为结构提供较大的阻尼,在地震时大量消耗输入结构的振动能量,有效衰减结构的地震反应。
2.2主动控制结构主动控制是利用外部能源(计算机控制系统或智能材料,在结构物受激励振动过程中,瞬时施加控制力或瞬时改变结构的动力特性,以迅速衰减和控制结构振动反应的一种减震技术。
主要应用于对抗震抗风要求较高,要求对多振型进行控制的・95・第35卷第19期2009年7月山西建筑SHANXI ARCHITECTURE Vol.35No.19J ul.2009重要建筑和高层建筑、桥梁、特种结构等。
结构主动控制技术无疑是一种比较理想的方法,它对于提高抵抗地面运动不确定性的能力,直接减小输入的干扰力,以及在地震发生时连续自动地调整结构动力特性的功能等方面均优于被动控制方法。
虽然主动控制已取得一定的理论研究和试验研究成果,减震效果非常明显有效,并已在少数工程中试点应用,但在技术上还有一些问题尚待解决。
目前,尚未步入技术成熟阶段。
其主要存在以下问题:1控制系统的硬件和软件的滞后性及有效控制性等问题尚需进一步解决;2突发地震时外部能源的正常供应问题;3设备的常年维护问题;4造价昂贵问题;5抗震抗风的同时有效控制问题。
主动控制根据控制力是否依赖结构响应或外界激励可分为:闭环控制、开环控制和开闭环控制。
目前研究和工程应用较多的是闭环控制。
根据控制器的不同,主动控制又有主动调谐质量阻尼器、主动锚索之分。
主动调谐质量阻尼系统是利用传感器时刻监测结构反应(位移、速度或加速度,并根据卡提闭环控制理论,计算机接受传感器信息并瞬时改变状态矢量和反馈矢量得出控制力,接着电液伺服装置将最优控制力施加于结构,以控制其运动和变形。
主动锚索控制是利用传感器把结构的反应传给计算机,计算机进行优化分析计算出所需要的控制力,驱动液压伺服系统,该系统通过锚索对结构施加控制力,从而有效地减小结构反应。
该装置已被应用到实际结构中,用于控制风振反应。
2.3半主动控制半主动控制是通过改变结构的动力特性来减震的。
1960年日本K obori 最早提出了结构变刚度的概念,1983年Hrovat 研究了土木工程结构的半主动控制问题。
半主动控制与主动控制相比,它所需外部能量小得多,维护要求不高,更容易实施也更为经济,而且控制效果又与前者接近,因此半主动控制具有较大的研究和应用开发价值。
常见的半主动控制系统有主动调谐参数质量阻尼系统、可变刚度系统、可变阻尼系统、变刚度变阻尼系统等。
2.4混合控制混合控制顾名思义,是指根据不同建筑物、结构的不同抗震抗风要求、技术可靠性和造价经济性,选取隔震、消能、质量调谐、主动控制中的两种以上控制技术相结合,使其达到经济安全、现实可行的目的。
其主要问题是如何合理地把两种以上控制技术组合在一起,使其协同工作。
同样是由于造价的原因,决定了混合控制技术和主动控制技术目前还不能大规模应用于我国的各项大型基础设施建设,尤其是南水北调渡槽抗震这种工程。
3结构振动控制的应用现状结构振动控制的工程应用在过去的多年中有了较大的发展,特别是美国、日本等经济发达国家。
在理论方面,他们成功地借鉴了其他领域中的控制理论,为结构控制找到了可行的分析和计算方法。
在实际工程应用中也设计出一些有效的控制装置,尤其是被动控制系统(如基底隔震系统在一些高层建筑中得到了具体的应用。
隔震装置本身具有足够的初始刚度,在正常荷载作用下相对稳定,在强烈地震作用下该装置进入消能工作状态如叠层橡胶支座,这种竖向刚度很大的装置水平刚度很小,可大大增加基础的水平自振周期,强烈地震作用下结构反复变形,耗散地震能量。
此外,滑、滚动支座则是通过基础与上部结构两部分产生相对运动,防止水平地震动的输入[5]。
我国发电厂大型机组动力基础的隔震也采用了橡胶垫支座、螺旋弹簧支座等,运行测试结果显示隔震效果满意。
国外一些国家也广泛地将基础隔震应用于核电站、发电厂的设计中。
相比之下,我国的结构控制更多地仍处在理论研究上,虽然取得了一系列国内外瞩目的研究成果,但实际工程应用极其有限,已安装在建筑物上的控制装置也主要是隔震装置。
结构振动控制理论与减震技术为建筑物的抗震提供了一条有效可行的新途径。
结构振动控制理论将结构的弹塑性分析与抗震相结合,抗震与消震相结合,能动控制与设计相结合,通过对建筑结构的控制设计,在结构的特定位置出现一定数量的人工塑性铰,使其发生期望的破坏机构形式,实现强震下最佳的耗能机构;对结构中梁和柱等构件进行延性设计,提高其延性和耗能能力。
由于被动控制不需要外界能量输入,抗震性能好,结构简单,造价低廉,施工方便,易于修复和更换,易于被工程师们所接受,所以发展较快,在实际工程中得到了广泛应用[6]。
智能结构研究的一个重要内容是实现结构的主动振动控制,主要通过局部控制和全局控制方法来实现结构的振动抑制。
局部控制是利用结构自身配置的作动器—传感器,直接实现同位反馈控制,提高结构主动阻尼,以消耗结构残余振动能量,缩短系统自由响应的衰减时间。
全局控制目的在于抑制结构特定点的振动响应,保证系统的全局稳定性和提高鲁棒性。
对智能桁架结构的振动控制研究已取得显著的主动阻尼控制效果。
Preumout 采用数字控制器,进行了微分和积分力反馈控制实验,分别使悬臂智能桁架结构的第一阶模态阻尼由0.3%增加到3%和9%。
因此局部阻尼控制方法的研究仍然是智能结构振动控制的基础。
结构振动控制研究伴随着高维(三维乃至无限维、非线性、多尺度和多耦合系统动力学理论和仿真技术的发展而进一步深入。