结构动力反应测定分析
结构动力分析
【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。
工程结构实验与检测第3章 结构动力试验
使用时要定期标定。 压电式加速度计原理
四、测振配套仪器
1、放大器 微积分放大器：与位移、速度传感器相配。 电荷放大器：与压电式拾振器相配。 2、动态电阻应变仪 主要用于测动应变，还可以测位移、速度、 加速度、振幅等参数的变化过程。 3、记录仪器
常用的有数据采集仪。
5、仪器配套
磁电式 拾振器
微积分 放大器
其特点是运动具有周期性，作用的 大小和频率按一定规律变化，使结构产 生强迫振动。
离心力加载 ：机械式激振器
机械式激振器
使一对偏心块按相反方向运转，便由离心力产 生一定方向的加振力。改变质量或调整带动偏心质 量运转的电机的转速，可调整激振力的大小。
使用时将激振器底座固定在被测结构物上， 由底座把激振力传递给结构，致使结构受到简谐变 化激励作用。
2 1 2
1 2
振型:用共振法测建筑物振型
3、脉动法
脉动法：是通过测量建筑物由于外界环境脉 动（如地面脉动、气流脉动等）而产生的微幅振 动，来确定建筑物的动力特性。
脉动记录的分析方法有：主谐量法；频谱分析法。 主谐量法：脉动信号的主要成分是基频谐量，
在脉动记录里常常出现酷似“拍”的现象，在波形 光滑之处“拍”的现象最显著，振幅最大。凡有这 种现象之处，振动周期大多相同。这一周期往往即 是结构的基本周期。
时间标志
2i c2h2i
c1, c2 正负应变的标定常数
动应变频率： f
L0 L
f0
二、动位移测定
要全面了 解结构在动力 荷载作用下的 振动状态，可 以设置多个测 点进行动态变 位测量，以作 出振动变位图。
注意：振动变位与振型的区别。
三、动力系数测定
结构动力系数定义为:在移动荷载作用下，结构 的动挠度和静挠度的比值。
结构动力反应的试验测定方法
二、疲劳试验荷载
（一）疲劳试验荷载取值： 疲劳试验的上限荷载Qmax是根据构件在最大标准 荷载最不利组合下产生的弯矩计算而得，荷载下限 根据疲劳试验设备的要求而定。
（二）疲劳试验荷载速度 荷载频率不应使构件和荷载架发生共振，同时 应使构件在试验时与实际工作时的受力状态一致， 为此荷载频率与构件固有频率应满足一定条件：
（3）疲劳试验：首先调整最大、最小荷载，待稳定 后开始记数，直到需做静载试验的次数。在运行 过程中，需要做动态挠度与动应变测量。 （4）破坏试验：构件在达到要求的疲劳次数后，一 般需做破坏试验。这时加载情况有两种：第一种 加载情况是继续做疲劳试验直至破坏，构件出现 疲劳极限标志，得出疲劳荷载的极限次数，这需 要很长时间，甚至构件不能破坏；第二种是做静 载破坏试验，得到疲劳后的承载力极混凝土构件 的疲劳性能的研究比较重视？ 9.疲劳试验时，如何确定试验荷载取值、荷载速度 及作用次数？ 10.通常情况，疲劳试验的过程是怎样的？
0.5或1.3
（三）疲劳试验的控制次数 中级工作制吊车梁：200万次疲劳 高级工作制吊车梁：400万次疲劳
三、疲劳试验的步骤
疲劳试验的加载程序可归纳为两种：一种是 为了求得疲劳极限而对构件从头到尾施加重复 荷载；另一种是静荷载与疲劳荷载交替施加。 疲劳试验过程中要进行四种形式的试验 （ 1）预加载：预加载值为最大荷载的 20%，以消 除支座等连接件之间的不良接触，检查仪器工 作是否正常。 （2）静载试验：静载试验的最大荷载按正常使用 的最不利组合选取。试验方法按结构静载试验 各章介绍的方法进行，观测项目可适当简化。 在正常情况下，如果出现裂缝，应与静载试验 一样描述裂缝开裂情况。
（一）疲劳试验前预加静载试验
（二）正式疲劳试验 （三）破坏试验
薄膜结构的动力反应分析
膜结构 的案 例 分 析 ， 总结 薄 膜 结 构 振 动 特性 以及 其 在
不 同平 均风速 和不 同边界 条件 下 的动力反应特 性 。
ｌ 薄膜 结构 非 线 性 动 力 分 析 方法
１ １ 动力分 析的 Ｎ ｗｍａ ｋ方 法 ． ｅ ｒ 结 构动力 平衡方 程 为 ： Ｍ／ ）＋ｃ ＋Ｋ ＝Ｐ（） Ｕ
结 构平 面外 刚度 小 ， 荷 载 作 用 下 产生 大 位 移 的几 何 在
非 线性 问 题 ， 文 用 收 敛 性 较 好 的 全 Ｎ ｗ ｏ —ａ ｈｏ 本 ｅ ｔ Ｒ ｐ ｓｎ ｎ
迭代 法进 行迭 代计算 。另 外 ， 当薄膜 结构 位 移较 大 时 ，
易发 生膜 材 的褶 皱 ， 理 褶 皱 的方 法 主 要 有 张 力 场理 处 论、 可变泊 松 比的方法 、 正变 形 梯度 的方 法 和 分又理 修 论等 。冯 虹等 指 出利 用第一 和 第二 主应 力 来判 别膜
在 Ｏ ０ ３ｓ时 ，５点 回到 了 ．３ ２
（） ｂ
好 。但 修正 Ｎ Ｒ迭代 法 在一 个 荷载 增 量 步 内的 各次 迭
代 中均采用 初 始 刚度 矩 阵 ， 更 新 非 平 衡 载荷 。 比较 仅 两 种方法 ， 文采用 全 Ｎ 本 Ｒ迭代法 。
１ ２ 应力 一主应变 判别准 则和修 正本构矩 阵法 ．
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ Ｎｅ ｔ ａ ｔ ｓ ｄ ｏ ｈ ｗｍａ ｋ ｒ ｍｅｈ ｄ ｉ ｙ ａ ｃ ａ ａｙ ｉ ｎ ｈｅ ｆ ｌ Ｎｅ ｏ Ｒａ ｓ ｎ ｔｒ ｔｏ ｔｏ ｎ ｔ ｏ ｎ ｄ ｎ ｍｉ ｎ ｌ ｓｓ ｄ ｔ ｕｌ ａ ｗｔｎ— ｐｈ ｏ ｉ ａｉｎ ｍｅｈ ｄ ｉ ｅ
振
第３ Ｏ卷第 ６期
结构动力实验报告
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。
结构试验-第五章 土木工程结构动载试验分析
型图。
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
[振动荷载法]
结构频率扫描时间历程曲线
什么是模态？
模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具 有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模 态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计 算或试验分析过程称为模态分析。
如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易 受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可 能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作 用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态 设计及设备的故障诊断的重要方法。
[脉动法、环境随机振动法]____频谱分析法、功率谱分析法 研究振动的某个物理量（如幅值）与频率之间的关系称之 为频谱分析。 它是将振动的时间域信号变换到频率域上进 行分析。（傅立叶变换，FFT）
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
[脉动法、环境随机振动法]____频谱分析法、功率谱分析法 通过振幅谱可以确定各阶主频率的大小，但是对应振动形 态还不清楚。 可以将某一观测点做为参考信号，其他各点分别与它作互 相关分析，求出各测点间的相位关系。
五、结构动载试验
5.4 结构疲劳试验 [疲劳试验的目的]
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
[振动荷载法] 带宽法、半功率法求结构的阻尼
1 2
2
衰减系数
0
共振曲线
阻尼比
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
[振动荷载法]
注意： 振动荷载（即激励器）的安装方向和位置要根 据试验结构的具体情况而定。通常，整体结构（高 层建筑等）的动荷载试验在水平方向上激振，板和 梁的动荷载在垂直方向激振。
第7章 工程结构动力试验
测振仪器系统框图
测振仪器系统主要有以下三部分组成： 1、测振传感器：包含位移、速度、加速度、 应变、温度。 2、测振放大器：电荷放大器、电压放大器、 电阻应变仪等。 3、测振记录、显示系统。
一、测振仪器的性能指标
由于测量目的和试验对象的不同，对测振 仪器的性能指标也将提出不同的要求 。 （1）灵敏度：是指输出信号与输人信号之 比。 （2）频率范围：是指在灵敏度为一常量或 不超过某一允许值时，所对应的仪器可使用 的频率范围。 （3）动态线性范围：是指输出信号与输人 信号呈线性关系时，所对应的输人信号幅值 的范围。
磁电式的拾振器的输出电动势与被测振动 体的振动速度成正比，使用微分电路则可获得加 速度信号；使用积分电路则可获得位移信号。对 于磁电式拾振器，由于其产生电压量，采用电压 放大器。
2、电荷放大器
压电式加速度拾振器输出的电荷与被测振 动体的加速度成正比，使用积分电路可获得速度 信号，再使用一次积分电路则可获得位移信号。 对于压电式加速度计，由于其产生电荷量，所以 采用电荷放大器。
通解: 自由振动→衰减 特解:
y Y 0 Sin(t )
2、质量弹簧系统及运动方程
其中：
Y
0
Hale Waihona Puke X 0 n 1 n
2
2
2 2D n
2D
arctg
2、结构振动变位图测定
有时为了全面了解结构在动荷载下的振动 状态，需要测定结构的振动变位图。结构振动变 位图与结构的振型有些类似，但在本质上是有区 别的。前者是结构在动荷载作用下的变形曲线； 而后者是结构自由振动状态下的振动形状，是结 构的自振特性，它与外荷载无关 。测试过程中 将各测点同时记录，根据位移的正负方向、大小， 按一定比例做出振动波形图即可。
结构动力特性试验
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。
结构动力学
（1）分段解析法； （2）中心差分法； （3）平均常加速度法； （4）线性加速度法； （5）Newmark－β法； （6）Wilson－θ法。
•••••••••
时域逐步积分法是结构动力分析问题中一个得到广泛研 究的课题，也是得到广泛应用的计算方法。
5.1 数值算法中的基本问题
5.3 中心差分法（Central Difference Method）
中心差分方法用有限差分代替位移对时间的求导（即速 度和加速度）。如果采用等步长，Δti=Δt，则i时刻 速度和加速度的中心差分近似为：
u&i
=
ui+1 − ui−1 2∆t
u&&i
=
ui+1
− 2ui ∆t 2
+
ui−1
mu&&(ti ) + cu&(ti ) + ku(ti ) = p(ti )
u&(τ ) = A1 + (ωD A3 − ζωn A2 )e−ζωnτ cosωDτ − (ωD A2 + ζωn A3 )e−ζωnτ sin ωDτ
其中，
A0
=
pi k
− 2ζαi kωn
,
A1
=
αi
k
,
A2 = ui − A0,
A3
=
1
ωD
[u&i
+
ζωn
A2
−
αi
k
]
5.2 分段解析法
u&0
=
u1 − u−1 2∆t
u&&0
=
u1
MRD结构的动力反应分析
(18)
{∆x(t)} = (K*)−1 ∆F (t)
(19)
K*为拟刚度矩阵
K* = α1M + α 2C + K
(20)
∆F(t) = Ft + BU(t)+M(α2{x(t −∆t)}+α2{x(t −∆t)})+C(α5{x(t −∆t)}+α6{x(t −∆t)})−
(M{x(t − ∆t)} + C{x(t − ∆t)} + K{x(t − ∆t)})
Q2{x(t
)}+U
T
RU
)
(22)
式中：Q1、Q2 为 n × n 的半正定权矩阵，Q1=α1K*，Q2=α2K*；R 为 r×r 的正定权矩阵，R=BTK*B.
因而结构优化控制问题可表达为：在每个时刻 t，时变的性能指标 J(t)在约束(16)~(19)下达到最小。
为求解此最优控制问题，可借助于 Hamiltonian 函数
307
U ∈U *
(14)
式(10)为目标泛函，一般根据实际控制的要求确定，其中 t0、tf 分别为初始时刻和终端时刻，{x}为 n 维状态向量的分段函数，U 为 r 维控制向量的分段连续函数；式(11)为状态方程；式(12)为初始状态；式
(13)为终端约束，S*为控制目标集；式(14)为控制约束，U*为容许控制集。
(29)
{x(t)} − (1 − α 5 ){x(t − ∆t)} + α 6{x(t − ∆t)} − α 4{∆x(t)} = 0
(30)
{x(t)} − (1 − α3 ){x(t − ∆t)} + α 2{x(t − ∆t)} − α1{∆x(t)} = 0
结构动力特性测试方法及原理
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
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
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
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。
结构动力特性分析
2024/8/5
39
第40页/共60页
第四节 整体结构的动力性能
一、周期与阻尼 二、内力重分布与变形集中 三、双向地震作用 四、扭转反应
2024/8/5
40
第41页/共60页
一、周期与阻尼
• 对建筑物进行大规模的自振特性的观测，积累了 数以千计的试验数据，得到经验公式，按我国试 验数据总结的常见结构基本周期计算公式。
2024/8/5
41
第42页/共60页
一、周期与阻尼
• 结构自振周期的大小与结构的变形阶段密切相关。 上述经验结果一般是指在弹性变形状态下的值。 在非线性变形状态下，结构自振周期是一个变量。
• 带构造柱多层砖房试验结果说明，开裂后，结构 第一频率下降约一半，相当于结构刚度降低4倍； 开裂后，较高振型振动所消耗能量显著增加。
一、钢筋混凝土构件
1、受弯构件； 2、压弯构件； 3、受扭构件； 4、梁-柱节点； 5、剪力墙；
2024/8/5
30
第31页/共60页
1、受弯构件
• 受弯构件：受弯构件是指没有轴力影响，且以弯矩作 用为主的梁式构件。
• 在循环往复荷载下的破坏属于纤维性破坏，即受拉钢 筋超过屈服应力后受压钢筋压曲而破坏，因此，构件 具有较大的延性。
一、自振特性试验
自 振 特 性 试 验 以 获 取 或 确 定 结 构 的自振周期、振型和阻尼为目的。
实用的方法通常有三种： 1、自由振动法 2、共振法 3、脉动法。
2024/8/5
1
第2页/共60页
1、自由振动法
动力特性测定
• 自由振动法利用阻尼振动衰减原理求取自振特性。
• 该法借助一定的张拉释放装置或反冲激振器使结构在一定的初位移（或初速度） 状态下开始自由衰减振动，通过记录振动衰减曲线，便可利用动力学理论求出自 振周期。
结构动力反应试验解决的问题
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。
- 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)。
二、测定结构的振动变位图
为全面了解结构在动荷载作用下的振动状态。 可以安设多个测点作振动变位图。
振动变位图的测量方法，将各个测点的振动 图用记录仪器同时记录下来，根据相位关系确定 变位的正负号，再按振幅（即变位）大小以一定 比例画在变位图上，最后连成结构在实际动荷载 作用下的振动变位图。
结构动力反应测定分析
结构动力反应测定分析
13
Lab of Prof. Tian Shizhu
§2.7 结构疲劳试验
结构物或构件在重复荷载作用下达到破坏时 的应力比其静力强度要低得多，这种现象称为疲 劳。 对结构而言，它既有材料的疲劳问题又有结构本 身的疲劳问题。
结构动力反应测定分析
14
Lab of Prof. Tian Shizhu
震结构的理论分析与试验研究以及设计方法提供客观
的工程数据。
结构动力反应测定分析
12
Lab of Prof. Tian Shizhu
强震不是经常发生，而且很难预测其发生时刻， 所以强震仪设计了专门的触发装置，平时仪器不运 转，无需专人看管，地震发生时，强震仪的触发装 置便自动触发启动，仪器开始工作并将振动过程记 录下来。考虑到地震时可能中断供电，仪器一般采 用蓄电池供电。在建筑物底层和上层同时布置强震 仪。地震发生时底层记录到的是地面运动过程，上 层记录到的即为建筑物的加速度反应。
结构动力反应测定分析
16
Lab of Prof. Tian Shizhu
§2.7 结构疲劳试验
确定了振动变位图后， 即有可能按结构力学的 理论近似地确定结构由 于动荷载所产生的内力。
y f (x)
M EJ y
Q EJ y
结构动力反应测定分析
7
Lab of Prof. Tian Shizhu
三、结构动力系数的试验测定
承受移动荷载的结构如吊车梁、桥梁 等，常常要确定它的动力系数，以判定结 构的工作情况。
§2.7 结构疲劳试验
按其受力状况不同: 可分为压力疲劳、弯曲疲劳和扭转疲劳试验
按试验机产生的脉冲信号的大小: 可分为等幅疲劳和变幅疲劳试验
of Prof. Tian Shizhu
§2.7 结构疲劳试验
此外，还有环境疲劳试验，如在腐蚀性环境 下的疲劳试验、高温或低温下的疲劳试验、加压 或真空等条件下的疲劳试验。不同条件下的疲劳 试验有不同的疲劳响应，试验结果也各有特点。 我们主要讨论结构构件的疲劳试验问题。
一、结构特定部位动参数的测定
实践中经常遇到需要测定结构物在动荷载作
用下特定部位的动参数如振幅、频率(或频率谱)
速度、加速度、动变形等。在这种情况下，只要
在结构振动时布置适当的仪器(如位移传感器、速
度传感器、加速度传感器或电阻应变计等)记录下
振动图即可。测点布置根据结构情况和试验目的
而定。
结构动力反应测定分析
5
Lab of Prof. Tian Shizhu
注意:
这种测量和分析方法与前面讲过的确定振型 的方法类似。而结构的振动变位图是结构在特定 荷载作用下的变形曲线。一般说来并不和结构的 某一振型相一致。
结构动力反应测定分析
6
Lab of Prof. Tian Shizhu
§2.6 结构动力反应的测定
移动荷载作用于结构上所产生的动挠
度，往往比静荷载时产生的挠度大。动挠
度和静挠度的比值称为动力系数。
结构动力反应测定分析
8
Lab of Prof. Tian Shizhu
结构的动力系数一般用试验方法实测确定
为了求得动力系数，先使移动荷载以
最慢的速度驶过结构，测得挠度图如
图，然后使移动荷载按某种速度驶过，
2
Lab of Prof. Tian Shizhu
测点布置
1.为了校核结构强度就应将测点布置在最危
险的部位即控制断面上；
2.如果是测定振动对精密仪器的影响，一般 应在精密仪器基座处测定振动参数。
3.多层厂房常需要测定某个振源(如机床扰力)
引起的振动在建筑物内传布和衰减情况。
结构动力反应测定分析
3
Lab of Prof. Tian Shizhu
是例如：研究振动在同一楼层内传布情况。
在图中，振源为动力机床，以
振源处测得的振幅定为1，其
余各点测得的振幅与振源处的
振幅之比称为该点的传布系数，
将各点传布系数标在图上就可
明显地看出：此振源产生的振
动情况在楼层内的影响范围和
结衰构动减力反情应测况定分。析
4
Lab of Prof. Tian Shizhu
§2.6 结构动力反应的测定
生产和科研中提出的一些问题，往往要求对
结构动荷载作用下的动力反应进行试验测定
1.工业厂房在动力机械设备作用下振动情况
2.桥梁在列车通过时引起的振动；
3.高层结构在风荷载作用下的振动问题；
4.结构在地震作用下动力反应；
5.(震)要求的设备；
结构动力反应测定分析
1
Lab of Prof. Tian Shizhu
这时结构产生最大挠度(实际测试中
采取以各种不同速度驶过，找出产生
最大挠度的某一速度)。从图上量得
最大静挠度yj和最大动挠度yd，即可
求得动力系数。
结构动力反应测定分析
Lab of Prof. Tian Shizhu
K yd yj
9
上述方法只适用于一些有轨的动荷 载如吊车荷载。对无轨的动荷载(如 汽车)不可能使两次行驶的路线完全 相同。这时可以采取只试验一次用 高速通过，记录图形如图。取曲线 最大值为yd，同时在曲线上绘出中 线，相应于yd处中线的纵座标即yj。 按公式即可求得动力系数。
结构动力反应测定分析
11
Lab of Prof. Tian Shizhu
四、强震观测
强地震发生时以仪器为手段观测地面运动的过
程和建筑物的动力反应的工作称为强震观测。
强震观测的基本任务：
(1)取得地震时地面运动过程的记录。为研究地震影
响场和烈度分布规律提供科学资料。
(2)取得结构物在强震作用下振动过程的记录，为抗
结构动力反应测定分析
Lab of Prof. Tian Shizhu
K yd yj
10
§2.6.4 强震观测
近二十年来，强震观测工作发展迅速， 很多国家已逐步形成强震观测台网，其中 尤以美国和日本领先。强震观测工作已成 为地震工程研究中最活跃的领域之一。
我国强震观测工作是在一些地震区和重要
建筑物上设置了强震观测站。