結(jié)構(gòu)試驗課件第七章結(jié)構(gòu)動力特性試驗

結(jié)構(gòu)試驗課件第七章結(jié)構(gòu)動力特性試驗REPORTING2023WORKSUMMARY目錄CATALOGUE結(jié)構(gòu)動力特性試驗概述結(jié)構(gòu)動力特性參數(shù)測量結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)測試與分析結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識別方法結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性評估方法結(jié)構(gòu)動力特性試驗在工程中的應(yīng)用PART01結(jié)構(gòu)動力特性試驗概述探究結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下的響應(yīng)特性。驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和安全性。為結(jié)構(gòu)的抗震、抗風(fēng)等動力設(shè)計提供依據(jù)。試驗?zāi)康呐c意義通過振動臺模擬地震、風(fēng)等動力荷載，觀察結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下的響應(yīng)。振動臺試驗激振器試驗環(huán)境振動試驗利用激振器對結(jié)構(gòu)施加可控的動力荷載，研究結(jié)構(gòu)的動力特性。利用環(huán)境振動（如交通振動、工業(yè)振動等）作為激勵源，研究結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。030201試驗原理及方法振動臺激振器傳感器數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)試驗設(shè)備與儀器模擬地震、風(fēng)等動力荷載的試驗設(shè)備。測量結(jié)構(gòu)響應(yīng)（如位移、加速度、應(yīng)變等）的儀器。對結(jié)構(gòu)施加可控動力荷載的試驗設(shè)備。用于采集試驗數(shù)據(jù)并進行處理和分析的系統(tǒng)。PART02結(jié)構(gòu)動力特性參數(shù)測量利用頻率計對結(jié)構(gòu)振動信號進行直接測量，得到結(jié)構(gòu)的自振頻率。頻率計直接測量法通過激振設(shè)備使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，此時激振頻率即為結(jié)構(gòu)的自振頻率。共振法測量結(jié)構(gòu)振動信號與激振信號之間的相位差，通過計算得到結(jié)構(gòu)的自振頻率。相位法頻率測量

振型測量位移傳感器測量法在結(jié)構(gòu)上布置位移傳感器，測量各點的振動位移，通過數(shù)據(jù)處理得到結(jié)構(gòu)的振型。加速度傳感器測量法在結(jié)構(gòu)上布置加速度傳感器，測量各點的振動加速度，通過積分得到振動速度和位移，再進一步處理得到振型。激光測振法利用激光干涉原理測量結(jié)構(gòu)表面的振動位移，通過掃描得到結(jié)構(gòu)整體的振型。使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動，通過測量振動幅值的衰減情況計算阻尼比。自由衰減法在結(jié)構(gòu)共振時，測量激振力與系統(tǒng)響應(yīng)之間的相位差，根據(jù)相位差計算阻尼比。共振法測量結(jié)構(gòu)在某一頻率下的振動響應(yīng)，根據(jù)響應(yīng)幅值降低3dB時對應(yīng)的頻率帶寬計算阻尼比。半功率帶寬法阻尼比測量PART03結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)測試與分析激勵設(shè)備選用能產(chǎn)生所需激勵波形和幅值的激勵設(shè)備，如振動臺、激振器等。激勵方式選擇根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和試驗?zāi)康?，選擇合適的激勵方式，如正弦波、隨機波、沖擊波等。實施過程按照試驗方案，安裝激勵設(shè)備，調(diào)整激勵參數(shù)，對結(jié)構(gòu)施加激勵。激勵方式選擇及實施過程03特征提取從處理后的數(shù)據(jù)中提取結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的特征參數(shù)，如自振頻率、阻尼比等。01數(shù)據(jù)采集使用加速度計、位移計等傳感器采集結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)，如加速度、位移、速度等。02數(shù)據(jù)處理對采集的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，如濾波、去噪等，以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。響應(yīng)數(shù)據(jù)采集與處理結(jié)果分析根據(jù)提取的特征參數(shù)，分析結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的特點和規(guī)律。結(jié)果評價將試驗結(jié)果與理論預(yù)測或設(shè)計要求進行比較，評價結(jié)構(gòu)的動力性能。結(jié)果應(yīng)用根據(jù)試驗結(jié)果，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化、減振隔震等提供依據(jù)和建議。結(jié)果分析與評價PART04結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識別方法描述結(jié)構(gòu)在某一頻率下的振動形態(tài)，反映結(jié)構(gòu)的剛度分布和質(zhì)量分布特性。模態(tài)振型結(jié)構(gòu)在自由振動時，各階模態(tài)對應(yīng)的固有頻率，與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度矩陣相關(guān)。模態(tài)頻率描述結(jié)構(gòu)在振動過程中能量的耗散程度，反映結(jié)構(gòu)的阻尼特性。模態(tài)阻尼比模態(tài)參數(shù)識別基本原理通過測量結(jié)構(gòu)在頻域內(nèi)的響應(yīng)，利用傅里葉變換等手段識別模態(tài)參數(shù)。適用于線性時不變系統(tǒng)，對測量噪聲和模型誤差較為敏感。基于頻域的方法直接利用結(jié)構(gòu)在時域內(nèi)的振動響應(yīng)數(shù)據(jù)進行模態(tài)參數(shù)識別。適用于非線性、時變系統(tǒng)，對測量噪聲和模型誤差的魯棒性較強。基于時域的方法結(jié)合頻域和時域方法，充分利用兩者的優(yōu)點進行模態(tài)參數(shù)識別。適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)識別，具有較高的識別精度和穩(wěn)定性?；诨旌嫌虻姆椒B(tài)參數(shù)識別方法分類及特點實例一01某高層建筑的動力特性試驗。通過測量建筑在不同激勵下的振動響應(yīng)，利用模態(tài)參數(shù)識別方法得到結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率、模態(tài)振型和阻尼比等參數(shù)，為建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計和安全性評估提供依據(jù)。實例二02某橋梁結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識別。在橋梁上布置傳感器測量其振動響應(yīng)，利用模態(tài)參數(shù)識別方法提取橋梁的模態(tài)參數(shù)，為橋梁的健康監(jiān)測和維修決策提供數(shù)據(jù)支持。實例三03某飛機機翼的模態(tài)試驗。通過模擬飛機飛行過程中的振動環(huán)境，對機翼進行模態(tài)試驗，并利用模態(tài)參數(shù)識別方法得到機翼的模態(tài)參數(shù)，為飛機的設(shè)計和性能優(yōu)化提供參考。模態(tài)參數(shù)識別實例分析PART05結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性評估方法指結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下，保持其原有平衡狀態(tài)的能力，是結(jié)構(gòu)安全性的重要指標。包括結(jié)構(gòu)剛度、阻尼、質(zhì)量分布、荷載類型及大小等。結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性概念及影響因素影響因素結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性概念基于振動理論的方法通過建立結(jié)構(gòu)振動方程，求解結(jié)構(gòu)的自振頻率、振型等動力特性參數(shù)，進而評估結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性。該方法理論成熟，但計算復(fù)雜度高?；谠囼灥姆椒ㄍㄟ^模擬結(jié)構(gòu)在實際環(huán)境中的振動情況，測量結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，從而評估結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性。該方法直觀可靠，但試驗成本高、周期長。基于數(shù)值模擬的方法利用計算機模擬技術(shù)，建立結(jié)構(gòu)數(shù)值模型，通過施加動力荷載并求解結(jié)構(gòu)響應(yīng)，評估結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性。該方法靈活高效，但模型精度和計算效率受限于計算機性能。結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性評估方法分類及特點實例一某高層建筑結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性評估。通過振動臺試驗?zāi)M地震作用，測量結(jié)構(gòu)的加速度、位移等動力響應(yīng)，分析結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼比等動力特性參數(shù)，評估結(jié)構(gòu)的抗震性能。實例二某大跨度橋梁結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性評估。通過建立橋梁數(shù)值模型，施加車輛荷載并求解橋梁的動力響應(yīng)，分析橋梁的振動模態(tài)、頻率等動力特性參數(shù)，評估橋梁的動力穩(wěn)定性和行車安全性。實例三某核電站反應(yīng)堆廠房結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性評估。通過模擬反應(yīng)堆廠房在地震作用下的振動情況，測量結(jié)構(gòu)的加速度、位移等動力響應(yīng)，并結(jié)合反應(yīng)堆設(shè)備的運行要求，評估廠房結(jié)構(gòu)的抗震性能和安全性。結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性評估實例分析PART06結(jié)構(gòu)動力特性試驗在工程中的應(yīng)用高層建筑、大跨度橋梁、大壩等需要滿足抗震、抗風(fēng)等動力特性要求。建筑物和構(gòu)筑物汽車、飛機、火箭等需要滿足振動、沖擊等動力特性要求。機械設(shè)備衛(wèi)星、導(dǎo)彈、空間站等需要滿足高真空、微重力等環(huán)境下的動力特性要求。航空航天結(jié)構(gòu)工程結(jié)構(gòu)類型及其動力特性要求結(jié)構(gòu)動力特性試驗在工程中的應(yīng)用實例在航空航天領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)動力特性試驗被用于測試航空航天器的結(jié)構(gòu)強度，以確保其能夠承受發(fā)射和飛行過程中的各種力學(xué)環(huán)境。航空航天器結(jié)構(gòu)強度測試通過對橋梁結(jié)構(gòu)進行動力特性試驗，可以實時監(jiān)測橋梁的振動情況，評估其安全性和穩(wěn)定性。橋梁健康監(jiān)測在地震工程中，通過對建筑物進行動力特性試驗，可以了解其抗震性能，為抗震設(shè)計提供依據(jù)。建筑物抗震性能評估試驗條件限制結(jié)構(gòu)動力特性試驗通常需要在實驗室或現(xiàn)場進行，受到場地、設(shè)備、人員等條件的限制。模型縮尺效應(yīng)在進行結(jié)構(gòu)動力特性試驗時，通常需要采用縮尺模型進行試驗，而縮尺模型