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工程结构振动控制 运载工程与力学学部 张文首 第一章 振动控制概述 1.1 振动控制的分类 振动问题 动力响应（response）：有外扰作用下的响应。 结构动力学问题： 激励; 结构; 响应。 控制问题：输入；系统；输出。 振动控制 对有害的振动进行抑制。 振动控制是指，对系统的动态响应加以控制，使系统的振动水平处在可以接受的范围。 按要否能源区分,振动控制可分为无源控制与有源控制，前者又称被动(Passive)控制，后者又称主动(Active)控制。 Energy Dissipation Systems 阻振：即阻尼减振，用附加的子系统连接于需要减振的结构或系统以消耗振动能量，从而达到控制振动水平的目的。 Schematic Diagram of Active Energy Dissipation System 主动控制装置 第二章 控制装置 2.1 隔振器 （1） 分层橡胶支座 分层橡胶支座是由薄橡胶片与钢板相互交错叠置数层，上下有翼缘，支座平面形状多为圆形或矩形。分层橡胶支座中心通常为空心孔。 通过设计分层橡胶支座的竖向刚度和水平刚度可改变结构的自振频率，达到隔震效果。另外，橡胶支座在变形过程中消耗能量，提供了阻尼，这种阻尼主要取决于橡胶层变形的速度。以天然橡胶为主要材料制作的支座，典型的阻尼系数范围为临界阻尼比的5％～10％。 （2）铅芯橡胶支座 分层橡胶支座的主要缺点是阻尼很小，有时在较低水平力作用下（如制动力等），由于支座较柔，支座变形也可能较大。如果在分层橡胶支座中插人铅芯，则可得到一个紧凑的隔震装置，铅芯提供了地震下的耗能和静力荷载下所必须的屈服强度与刚度，在较低水平力作用下，因具有较高的初始刚度，其变形很小，因而满足一个良好隔震系统所应具备的要求。 2.2 动力吸振器 （1）调频质量阻尼器（TMD） （2）主动质量阻尼器（AMD） （3）调频液体阻尼器（TLD） Kyobashi Seiwa Building (1989) Nanjing TV Tower (2000) 台北－101大楼 　　被称为“台北新地标”的101大楼于 1998年1月动工，主体工程于2003年10月完工。有世界最大且最重的“风阻尼器”，还有两台世界最高速的电梯，从一楼到89楼，只要39秒的时间。在世界高楼协会颁发的证书里，台北101大楼拿下了“世界高楼”四项指标中的三项世界之最，即“最高建筑物”(508米)、“最高使用楼层”(438米)和“最高屋顶高度”(448米)。 「抗风制震」的超大重球－风阻尼器 九十二楼到八十七楼悬掛着世界最大、最重的风阻尼器（800顿），它利用摆动来减缓建筑物的晃动幅度。 其设计概念在于自动的吸收球体质量块摆动时之冲击能量，并藉由地震时大楼的摆动来抵消所吸收的能量。 地震时，藉由球体本身调整移动的方向和振幅，不但减低了101大楼的摇晃程度，即使遇到颱风，也能减低大楼受风力吹袭时之摆动，以确保大楼人员工作时的舒适度。 Hybrid Mass Driver Yokohama Landmark Tower (1993) 2.3 阻尼器 （2） 粘滞阻尼器 Full-Scale 20 tons MR Damper Variable Stiffness Damper Variable Stiffness Damper 第三章 被动控制 AMD-1 AMD-2 Control Computer Sensor Sensor Sensor （1） 粘弹性阻尼器 粘弹性阻尼器是由两块T型钢板与一块中心板夹两层粘弹性物质组成。将阻尼器的两块T型钢板和中间所夹的中心板分别安装于钢结构的柱上和格架下弦处，当由于外力作用(振动)引起柱与桁架下弦之间产生错动时，可令两块粘弹性物质剪切变形，并耗散能量，从而达到减小结构振动的目的。 3.1 被动控制装置的设计与计算 步骤： 1. 确定要使用的控制装置数量和位置 2. 通过某种控制策略或参数分析确定控制装置的参数 问题的提出 调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper，TMD） 建立运动方程 假定作用在主质量上的激振力为简谐荷载 则稳态响应可分别写为 克莱姆法则（Cramer’s Rule） 是安装了TMD后主质量响应的幅值，可表达为 * * Passive System Semi-Active System Active System 消振:振源是系统产生过度振动的根源，如果能减小振源产生的激励能量(例如，减小安装在结构上的旋转机械的偏心度)，则系统的过度振动就不会出现。这种减小振源激励能量的技术措施，称之为消振。 控制方法： 隔振:改变振源对需减振系统激励能量的频谱结构，减小能够传递到系统的所谓通过频率的激