结构振动控制的理论、技术和方法PDF电子书下载

第1章 被动耗能减振控制装置概述 1

1.1 被动耗能减振发展概况和基本概念 2

1.1.1 发展概况 2

1.1.2 基本概念 4

1.2 黏弹性阻尼器概述 10

1.2.1 黏弹性阻尼策略及基本原理 11

1.2.2 黏弹性阻尼器特点和设计要点 12

1.2.3 装置分类、构造及应用 13

1.3 金属阻尼器概述 19

1.3.1 基本原理及特点 19

1.3.2 装置分类、构造及应用 20

1.4 摩擦阻尼器概述 29

1.4.1 摩擦阻尼器特点 29

1.4.2 装置分类、构造及应用 30

1.5 黏滞液体阻尼器概述 37

1.5.1 基本原理 38

1.5.2 黏滞液体阻尼器的改进和发展 41

1.5.3 黏滞液体阻尼器应用 43

1.5.4 黏滞阻尼墙 45

1.5.5 黏滞阻尼墙的应用 46

1.6 复合阻尼器简介 47

1.6.1 黏弹性-摩擦复合阻尼器 48

1.6.2 SMA-摩擦复合阻尼器 48

1.6.3 压电-摩擦复合阻尼器 49

1.7 本章小结 49

参考文献 50

第2章 被动耗能减振控制的实用技术研究 55

2.1 增强剪力墙连梁耗能能力的阻尼耗能减振方法 55

2.1.1 研究概述 55

2.1.2 双列孔软钢阻尼器力学性能分析 57

2.1.3 连梁软钢阻尼器的试验研究 68

2.1.4 安装阻尼器的联肢剪力墙结构地震响应分析 79

2.1.5 小结 86

2.2 提高大厦舒适度的耗能减振设计应用技术研究 87

2.2.1 工程概况 87

2.2.2 屋顶构架控制装置构造 91

2.2.3 弯曲错动阻尼片工作机理分析 92

2.2.4 弯曲错动阻尼片试验研究 97

2.2.5 原型结构三维有限元计算分析 98

2.2.6 安装阻尼片后结构脉动风荷载作用下的计算结果 105

2.2.7 小结 109

2.3 钢结构人行天桥人行激励作用的振动控制 109

2.3.1 研究概述 109

2.3.2 结构模型及人行荷载模拟 110

2.3.3 结构减振分析 114

2.3.4 小结 115

参考文献 115

第3章 隔震结构 117

3.1 引言 117

3.2 隔震建筑发展现状 118

3.2.1 早期隔震技术 118

3.2.2 现代隔震技术 119

3.2.3 我国建筑隔震应用特点 121

3.3 隔震装置构造、工作机理及应用 122

3.3.1 隔震结构体系的基本特性 122

3.3.2 叠层橡胶垫支座 124

3.3.3 摩擦滑移隔震 131

3.3.4 滑板支座 133

3.3.5 其他隔震支座 135

3.4 隔震结构的基本原理 139

3.4.1 摩擦滑移隔震系统的运动方程 139

3.4.2 橡胶垫隔震支座的运动方程 140

3.4.3 隔震结构的减振效果分析 141

3.5 隔震结构分析方法 142

3.5.1 等效侧力法 143

3.5.2 时程分析法 146

3.6 隔震结构设计方法 149

3.6.1 隔震结构设计方针 150

3.6.2 隔震结构设计要点 151

3.7 隔震建筑设计实例 152

3.7.1 工程概况 152

3.7.2 隔震设计原理 154

3.7.3 多遇地震作用响应分析 157

3.7.4 罕遇地震作用响应分析 160

3.7.5 结果分析 161

3.8 本章小结 161

参考文献 161

第4章 调谐质量阻尼控制装置的关键技术、基本原理及设计方法 163

4.1 调谐质量阻尼控制装置的分类和应用现状 163

4.2 TMD装置各主要部件的设计技术 171

4.2.1 惯性质量的支撑系统 172

4.2.2 弹簧系统 178

4.2.3 阻尼系统 178

4.2.4 主动控制驱动系统 180

4.2.5 导向与限位系统 182

4.3 TMD装置综合 184

4.3.1 上海东方明珠电视塔风振控制TMD装置设计 184

4.3.2 深圳地王商业大厦风振HMD控制装置设计方案 185

4.4 调谐质量阻尼控制系统原理和优化设计 189

4.4.1 调谐质量动力吸振原理 190

4.4.2 调谐质量阻尼动力吸振原理 192

4.4.3 主结构的阻尼效应 195

4.5 地震和脉动风作用下调谐质量阻尼控制系统优化设计 197

4.5.1 地震作用下TMD控制系统的频率响应函数 197

4.5.2 脉动风压作用下TMD控制系统的频率响应函数 198

4.5.3 TMD控制系统的优化设计 200

4.6 多个TMD控制装置控制系统优化设计 206

4.7 主被动混合调谐质量阻尼控制器的参数优化分析 215

4.7.1 HMD装置方案及其在具体结构中的应用 215

4.7.2 HMD主被动控制的基本方程 217

4.7.3 HMD被动控制参数优化分析 218

4.7.4 HMD主动控制参数优化分析 219

4.7.5 HMD主被动控制混合减振控制分析 221

4.7.6 TMD对地王大厦地震响应的控制分析 230

4.8 本章小结 240

参考文献 241

第5章 结构振动的SATMD控制及碰撞问题 245

5.1 引言 245

5.2 半主动调谐质量阻尼器 247

5.2.1 被动、主动和半主动TMD的建模 248

5.2.2 时频分析算法 250

5.2.3 数值仿真 255

5.2.4 小结 265

5.3 考虑装置非线性的控制效果 265

5.3.1 运动方程 266

5.3.2 非线性问题近似分析方法 269

5.3.3 数值仿真 278

5.3.4 小结 288

5.4 TMD的碰撞问题 288

5.4.1 运动方程 290

5.4.2 周期解的存在性分析 291

5.4.3 无阻尼自由振动系统的谐波平衡解 293

5.4.4 参数灵敏度的分析 296

5.4.5 小结 301

参考文献 301

第6章 振动控制系统的特性分析及控制律参数选择 307

6.1 单自由度体系对一般动力荷载响应的时域和频域分析方法 307

6.1.1 频域分析方法 308

6.1.2 时域分析方法 308

6.1.3 频域和时域分析方法的比较 308

6.2 二阶系统的极点及其与结构频域特性的关系 309

6.2.1 二阶系统的极点 309

6.2.2 极点的形式 310

6.2.3 极点在复平面上的位置与系统动力特性的关系 311

6.2.4 基于复平面上极点位置的二阶系统稳定性指标 311

6.3 振动控制系统的品质分析 313

6.3.1 系统响应的峰值时间tP 313

6.3.2 系统响应的峰值AP 313

6.3.3 超调比σP 314

6.3.4 影响时域tS 314

6.4 系统的位移反馈控制规律的性能指标评价 315

6.4.1 闭环控制系统的脉冲响应函数 315

6.4.2 位移反馈控制作用对系统性能指标的影响 316

6.5 系统的位移速度反馈控制规律的性能指标评价 317

6.5.1 位移速度反馈控制作用 317

6.5.2 闭环系统的频率响应函数及主动阻尼 317

6.5.3 位移速度反馈控制作用对系统性能的影响 318

6.6 高阶系统的瞬态响应分析方法 319

6.6.1 三阶系统的脉冲响应 319

6.6.2 闭环主导极点 320

6.6.3 闭环零点 321

6.6.4 高阶系统的动态响应特性 322

6.7 结构振动控制的振型控制系统 323

6.7.1 底层柔性控制结构系统 324

6.7.2 主动AMD控制系统 324

6.7.3 两结构联系体系主动控制系统 325

6.7.4 系统振型组合控制作用 325

6.8 位移速度反馈控制系统的性能分析及系统控制律设计 326

6.8.1 振型位移速度反馈控制系统的脉冲响应函数 326

6.8.2 振型位移速度反馈控制系统的性能分析 326

6.8.3 位移速度反馈控制律设计 327

6.8.4 位移速度反馈控制作用中的位移开关控制 328

6.9 位移速度反馈控制系统的数值仿真分析 329

6.10 本章小结 332

参考文献 333

第7章 基于状态空间的最优控制系统设计方法 334

7.1 结构振动控制系统的状态空间表达式 336

7.1.1 结构振动控制连续时间系统的状态方程 336

7.1.2 结构振动控制离散时间系统的状态方程 337

7.2 结构最优控制系统设计方法 339

7.2.1 结构最优控制的一般问题 339

7.2.2 性能指标加权矩阵选取的讨论 341

7.2.3 连续时间系统最优控制 342

7.2.4 离散时间系统最优控制 345

7.3 被动控制的等价最优控制器参数 348

7.3.1 被动控制等效最优控制及参数表达式 348

7.3.2 被动控制等效最优控制系统仿真 349

7.4 本章小结 353

参考文献 353

第8章 随机系统针对未知扰动输入的主动自适应控制 354

8.1 随机系统的自适应控制的特点和解决的问题 354

8.2 自适应控制系统的分类和基本工作原理 356

8.2.1 随机自适应控制系统 357

8.2.2 模型参考自适应控制系统 358

8.3 结构振动控制系统的差分方程模型 360

8.3.1 将一般结构控制离散时间系统状态方程转化为典范状态 360

8.3.2 将结构控制离散时间系统的典范状态方程转化为差分方程 362

8.4 基于系统输出的最优预报的系统自适应控制律 363

8.4.1 系统输出的最优预报 363

8.4.2 系统自适应控制律 365

8.5 辅助系统差分方程模型参数辨识 366

8.5.1 参数辨识的理论基础 366

8.5.2 最小二乘参数估计的递推算法 367

8.5.3 参数递推估计中的遗忘因子 368

8.5.4 参数递推估计中初值的选定 369

8.6 地震作用下结构振型组合自适应控制 370

8.6.1 结构的振型组合控制作用 371

8.6.2 结构振型控制系统差分方程模型 371

8.6.3 振型控制系统的自适应控制设计 372

8.6.4 结构的振型组合自适应控制过程 374

8.6.5 实际控制中需要考虑的问题 375

8.6.6 系统控制数值仿真分析 376

8.7 模型参考自适应控制系统简介 379

8.7.1 基于Lyapunov稳定性理论的参考自适应控制系统 381

8.7.2 增广误差信号系统和模型参考自适应控制的直接法 385

8.7.3 自适应状态观测器及模型参考自适应控制的间接法 390

8.7.4 基于超稳定性理论的模型参考自适应控制系统 394

8.7.5 基于超稳定性理论设计适应式模型跟随系统 397

8.8 本章小结 402

参考文献 403

第9章 控制作用数量和位置优化设计的二次型性能指标增量方法 406

9.1 引言 406

9.2 二次型性能指标增量方法 407

9.2.1 连续时间系统的最优控制系统方程和性能指标 407

9.2.2 离散时间系统的最优控制系统方程和性能指标 408

9.2.3 连续时间系统二次型性能指标增量表达式 408

9.2.4 离散时间系统二次型性能指标增量表达式 410

9.2.5 二次型性能指标增量的线性关系 413

9.3 次最优反馈增益矩阵及结构次最优控制响应&. 413

9.3.1 连续时间系统次最优反馈增益 413

9.3.2 离散时间系统次最优反馈增益 415

9.4 二次型性能指标增量方法的实用性验证数值分析 416

9.5 控制系统的数值分析 418

9.6 多结构联系振动控制体系及最优控制模型建立 420

9.7 相邻结构间控制器位置及控制律的降阶优化方法 423

9.8 连续时间最优控制系统和离散时间最优控制仿真对比分析 428

9.8.1 系统控制器最优布置性能指标增量方法的计算验证 428

9.8.2 系统控制器优化降阶的数值分析 430

9.9 本章小结 438

参考文献 439