CAI(Computer Aided Innovation,计算机辅助创新)是以TRIZ(发明问题解决理论,TRIZ为俄文首字母)理论为核心, 融合现代创新方法、计算机技术、多领域科学知识为一体的综合创新系统。CAI最初从计算机化的TRIZ工具已发展成为了以TRIZ理论为核心, 融合现代创新方法、计算机技术、多领域科学知识为一体的综合创新系统, 并随着质量功能展开QFD(Quality Function Deployment)、公理设计AD(Axiomatic Design)等现代创新理论的融入,以及计算机技术的持续不断的发展,CAI技术将向智能化发展。

  TRIZ理论即发明问题解决理论,它是由苏联科学家根里奇・阿奇舒勒发明的技术进化的法则以及解决各种技术矛盾及物理矛盾的创新法则,一种解决技术问题,实现技术创新的各类方法组成的理论体系。

  从CAI 软件进行产品创新的一般流程能够准确的看出CAI技术的层次以及与CAE的接口。

  产品创新首先进行的是基于市场预测和客户的真实需求的需求分析,在CAI的多层次创新体系中此一层面应用最多的是QFD等分析技术该层次能够把客户的真实需求转化为所需新技术的指标。产品创新的第二个层面是其问题定义和功能分析阶段,此层面上可应用工具较多,QFD的瀑布式分解以及TRIZ的矛盾分析都是其常常使用的工具。第三个层面是创新原理的运用及解决方案的提出,这一层面最常见的工具就是CAI技术的核心TRIZ原理,通过它我们就能形成一个较完备的方案。最后一个CAI解决实际问题的层面是对方案做评估,评估方案的首都那多是一些现代的设计方法,主要是取它们能够结构化地给出评估方案的指标。通过四个层面的CAI分析,完整的工程定性方案就已形成,将这个方案输出至CAE就能够直接进行具体执行方法的分析。

  压缩机管道减振方案有很多,如增加支撑做加固,调整管系结构固有频率;增设缓冲器、设置孔板、滤波器等。这些方案在减振的同时改变了管系的结构,按TRIZ理论分析就是所改善的通用工程参数是“物体产生的有害因素”,而这些办法所恶化的通用工程参数为“系统的复杂性”。通过对矛盾矩阵表的操作所应该采用的创新原理是19,01,31。

  第19号创新原理是周期性作用原理,具体描述为:以周期性动作或脉冲,代替连续动作;如果周期性动作正在进行,改变其运动频率;在脉冲周期中,利用暂停来执行另一有用动作。

  第01号创新原理是分割原理,具体描述为:把一个物体分成相互独立的几个部分;把一个物体分为容易组装和拆卸的部分;提供系统的可分性以实现系统改造。

  第31号创新原理是多孔材料原理,具体描述为:使物体变为多孔或加入多孔物体;在孔结构中的孔中填入某种物质。

  显然利用多孔材料原理以及周期性作用原理来进行压缩机管道减振是不现实的,那么必须应用分割原理来进行管系振动问题的解决。

  在这个问题中我们所要分割的是管系的振动,具体方法是在管系中加入阻尼器来分割管系振动并增加管系的结构阻尼,可以在不改变原有管系结构的前提下,使管道振动的动能通过阻尼器转化为阻尼的热能散发出去,从而减小管系的振动。

  为了降低管道的振动,根据实践的经验,我们工程中所加的阻尼器,就是要增大系统的阻尼比D。根据以上管道振动分析及理论研究,采取增加管系结构阻尼的办法来防止管道发生共振破坏。增加管系阻尼的主要办法是在管道适当的位置设置粘滞型阻尼器,将管道振动的能量转移到阻尼器中的液态粘滞阻尼中,通过阻尼的发热来耗散管道振动的能量,最终达到降低管道振动振幅的目的。

  在考虑到管道的空间位置前提下,在管道的出口振动最大的三处分布安装固定三组管道阻尼器,降低并控制缓冲罐管道出口的振动。

  减振治理方案在机组停车检修过程中实施,阻尼器安装在管系的相应的位置。机组重新开机运行后,带负荷到100%情况下,压缩机及管道运作状况良好。

  ①利用CAI技术对压缩机管系振动问题进行了分析,找到了解决方案,为CAE分析提供了技术路线。②利用CAE方法对管系进行模态数值计算,来分析管道振动原因是解决振动问题的前提。③通过安置阻尼器对振动管系添加阻尼从能量耗散的层面上来根本解决压缩机管道振动问题。④从实际工程建设项目来看,阻尼减振取得了良好的减振效果。

  工程结构减振实验是一门实践性很强的专业方面技术课程。课程任务是通过理论和实验的教学环节,使学生掌握结构试验、检测鉴定等方面的基本知识和基本技能,并能依据工程设计、施工和科学研究任务的需要,完成一般结构的试验设计与试验规划,并通过一系列实验活动得到一定的实践训练。

  随着科学技术的进步和城市轨道交通事业的发展,新型实验设备与自控技术的持续不断的发展,新型减振材料与技术的不断推新,该课程的内容也在不断扩充和更新。该创新实验设置了多项可操作性、创新性和开放性的实验内容,以学生自主设计实验、自主完成实验、自主管理实验为主要实验手段,教师只对学生参与的实验工作内容做规划,指导学生对项目的实施目标、实施方案、预期效果进行详细的设计,在调查研究、分析论证、实验检验、数据分析等方面引导学生进行独立思考和钻研探索;注重学生对实验的自主驾驭过程,着重培育学生在实验过程中的创新思维能力和创新实践能力。

  工程结构减振实验的教学任务是通过理论和实验的教学环节,使学生熟悉地下工程与高架的振动的原因机理及减振措施,掌握结构动力特性振动实验的基本方法和程序,同时具备熟练使用LMS振动噪声分析系统的进行模态分析的能力,准确判断结构动力特性,从而能够设计新型减振结构,并动手完成减振结构模型;通过设计实验方案加以验证。并能根据试验结果对结构做出正确分析与判断,提高学生的创新意识及动手能力,为学生从事地下工程监护、高架与轨道养护维修工作打下基础。

  联系轨道交通地铁运行现状,地铁振动主要是由轮轨作用脉动力引起。脉动力与枕木固有频率、钢轨刚度、道碴刚度等参数有关,钢轨刚性越大,脉动力变化越小。减轻地铁振动危害的最直接和有效的办法是减轻振源的振动,而轨道的振动是引起周围环境振动的振源。钢轨扣件是阻尼弹簧结合的轨道减振系统,吸收并耗散振动能量;具备比较好的减振降噪效果。

  对于地铁沿线的建筑物,减振措施主要有隔振和避免共振两个措施。隔振就是把建筑物与振源隔离开,阻止振动波向建筑物输入。通过改变建筑物的自振频率,避开与地铁诱发的环境振动共振的频率,能减轻地铁沿线建筑物的振动。由于结构的自振频率与质量和刚度的分布紧密关联,所以通过调整建筑物的质量分布或局部构件的刚度大小就能改变结构的自振频率。

  既然振动的振源取决于材料刚度与阻尼器,避振也是要改变材料的品质和构件的刚度,而隔振就是与振源隔离开。所以,创新实验中学生通过你自己的设想设计成不同形式的结构模型,通过调节材料刚度质量、支座约束、激振方式、阻尼传导等实现结构的减振效果。减振实验的具体调节方法如以下几点。

  (1)调节支座约束:采用悬臂梁与简支梁等约束。(2)调节激振方式:采用锤与激振器等激励。(3)调节材料刚度质量:采用不一样材料刚度和带附加质量。(4)改变阻尼:采用阻尼支座与带传导阻尼等。

  结构减振教学系统由锤、激振器、振动台、8通道的SCAD数据采集器及LMS Test lab振动分析系统组成。为了方便改变结构特性,最简单的方式就是通过改变振动台上梁的支座约束方式;同时为了在模型上能进行振动控制实验研究,振动台上梁可以换成不一样的材料规格尺寸;为了实现不同减振方案,振动台上设计成装卸方便,并注意梁和台架的连接,保证振动台与梁形成一个整体。

  本实验系统除了带力传感器的锤激励方式外,还增设了带力传感器的激振器,可控制激励大小,并模拟地震的激励方式。通过LMS Test lab振动分析系统控制的激振器运动,进而达到控制振动台上的梁振动。

  (1)振动测量的仪器连接,梁上加速度传感器与锤或上力传感器与SCAD数据采集器相连,数据采集器再与带LMS振动噪声分析系统的计算机相连接。检查各仪器之间连线无误后,再开启电源。为带阻尼支座的减振试验。(2)打开带LMS振动噪声分析系统的计算机。(3)设定SCAD数据采集器的采样通道、采样频率和采样时间,准备采集振动信号。(4)用一个锤子或激振器沿铅直方向敲击被测振动系统的适当部位,激起弯曲振动,记录下三个加速度计的自由振动信号。(5)对记录下的三个自由振动信号进行频谱分析,根据频谱分析结果的频率、幅值和相位信息确定系统的三个固有频率和主振型。

  在振动台上梁试件上安装加速度传感器,通过测试梁的加速度反应,能得出结构动力特性(包括固有频率及主振型测量)。检测系统采用比利时的LMS Test lab振动分析系统。

  学生通过做两两对照实验,比较分析各种工况梁各阶固有频率及振动幅度的实验数据;得出的结论是振动的影响因素有很多,而振动的源头和约束对物体的振动频率起着非常大的影响。其中振源就是一个最不能忽略的主要的因素,而振源大小也受很多条件的支配,约束就是这里面的一个支配条件,从振源到所监测的点之间的约束越多振幅也就越小,对周围环境和建筑物的影响就越小。

  (1)从支座角度考虑,在简支梁上的激振实验振动幅度较小,减振效果较好;地铁高架桥设计成整体连续梁。(2)从约束角度来说,能增加约束个数进而达到减振效果;在地铁的铁轨扣件要采用新型弹性扣件。(3)从传播路径角度而言,中间加约束能够达到减振效果。为了隔断地铁振动向建筑物的传播,可以在轨道两侧或者建筑物周围挖一定宽度和深度的隔振沟,能够达到隔离振动的目的。

  总之,学生通过创新实验独立设计创新结构减振方案,开发出不同形式的结构模型,并通过实验加以验证,很好锻炼了学生动手能力与创新思维,达到了创新实验的教学目的。

  [1] 宋凤莲,刘梅清,巫世晶.多层次开放式工程实践教学模式研究[J].实验技术与管理,2007.

  随着大跨度桥梁的普遍兴建和高效能建桥材料的广泛应用，现代桥梁的结构形态逐渐向大跨、轻、柔方向发展。虽然这对于美观及经济性方面是有益的，但是却给结构设计、施工甚至运营提出了更高更严格的要求。大跨度桥梁作为生命线工程的重要组成部分，在政治、经济领域占据着重要的地位，对于它们的安全性应给予格外的重视。现代桥梁结构趋于轻、柔的特点给结构本身抗风抗震能力提出了考验。随着大跨度柔性桥梁的出现，风荷载往往成为结构上的支配性荷载。风是空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的。风在行进中遇到结构，就形成风压力，使结构产生振动和变形。桥梁受风力的作用后，结构物振动与风场间产生的互制现象―空气弹力效应所引起的气动力不稳定现象机率大为增加，强风、弱风都有可能使之整体或局部产生损坏。例如，1940年11月7日，美国华盛顿州建成才4个月的老塔科马(Tacoma)悬索桥(主跨853m)仅在8级大风作用下就发生强烈的风致振动而破坏的严重事故。该事件促使了桥梁工程界对结构风致振动的研究，并由此发展了一门新的学科―桥梁风工程学。近几年来，随着我们国家大跨度桥梁的建设，桥梁风害也时有发生，江西九江长江公铁两用钢拱桥吊杆的涡激共振；上海杨浦大桥斜拉索的涡振和雨振损坏套索等。由此可见，通过对大跨度桥梁的抗风问题进行理论研究，采取比较有效的措施把风对桥梁的危害控制在容许范围内，具有十分重要的理论价值和实际意义。

  桥梁结构风致振动可分为两大类：一类为限幅振动，最重要的包含抖振和涡激振；另一类为发散性振动，最重要的包含驰振和颤振。

  桥梁的抖振是指桥梁结构在紊流场作用下的随机性强迫振动。根据现有研究成果，抖振虽然并不像颤振那样引起灾难性的失稳破坏，但是过大的抖振响应在桥梁施工期间可能危及实施工程人员和机械的安全，在成桥运营阶段则会带来结构刚度问题而影响行人和车辆的舒适性以及引起交变应力缩短构件的疲劳寿命。

  气流绕过物体时，在物体两侧会形成不对称脱落的漩涡，从而形成交替作用在物体上的横风向的涡激力或力矩，结构在这种类似简谐力的作用下，就会发生横风向或扭转的涡激振动，并且在漩涡脱落频率与结构的自振频率一致时将发生涡激共振。对桥梁结构而言，除透风率大于50%的桁架主梁可以不考虑涡激振动外，一般均需对主梁整体的涡激振动。此外，大跨度系杆拱桥的吊杆、斜拉桥的斜拉索、悬索桥和斜拉桥在施工阶段的独塔等也易于发生涡激振动。论文参考网。

  浸没在气流中的弹性体本身会发生变形或振动，这种变形或振动相当于气体边界条件的改变，从而引起气流力的变化，气流力的变化又会使弹性体产生新的变形或振动，这种气流力与结构相互作用的现象称为气动弹性现象。气动力不稳定是一种典型的气动弹性现象。气流中的结构在某种力的作用下挠曲振动，这种初始挠曲又相继引起一系列具有振荡或发散特点的挠曲，这就是气动弹性不稳定。一切气动弹性不稳定现象都必含有因物体运动而作用在物体上的气动力，这种气动力就是自激力。桥梁结构的驰振与颤振是两种最主要的气动弹性不稳定现象，并会造成严重的灾难性后果。

  对于大跨径桥梁，风致振动的形式多种多样，各种风致振动的机理也不同。单纯采用空气动力学措施并不能兼顾每个方面。理想的做法是选择适当的空气动力学措施，同时采取了适当的振动控制措施(如增加阻尼器)来进一步抑制和减小桥梁结构风致振动。1972年Yao提出了结构控制的概念，将控制论引入了土木工程结构之中，从而开辟了崭新的研究领域。论文参考网。上世纪80年代以来，桥梁风振控制理论研究发展迅速，并且得到了实际应用。就目前技术水平而言，结构振动控制技术最重要的包含基础隔震、被动耗能减振、主动控制、半主动控制、混合控制及智能控制等。

  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，使基础隔震结构的基本周期远离地震动的卓越周期，使上部结构的地震作用、横向剪力大幅度减小。同时，结构在地震反应过程中大变形大多分布在在基础隔震层处，而结构本身的相对变形很少，此时可近似认为上部结构是一个刚体，从而为建筑物的提供良好的安全保障。

  结构耗能减振就是把结构的某些非承担重量的构件(如支撑、剪力墙、连接件等)设计成耗能元件，或在结构的某些部位(层间空间、节点、连接缝等)装设耗能装置。在小幅振动时，这些耗能元件或耗能装置有充足的初始刚度，处于弹性状态，结构仍有充足的侧向刚度以满足使用上的要求。当出现大幅振动时，随着结构侧向变形的增大，耗能元件或耗能装置率先进入非弹性状态，产生较大阻尼，大量消耗输入结构的地震或风振能量。

  结构主动控制是在结构受到外部激励而发生振动的过程中，利用外部能源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振控制技术。结构主动控制需要实时测量结构反应或环境干扰，采用现代控制理论的主动控制算法在精确的结构模型上运算和决策最优控制力，最后作动器在很大的外部能量输入下实现最优控制力。在结构反应观测基础上实现的主动控制成为反馈控制，而结构环境干扰观测基础上实现的主动控制则称为前馈控制。

  结构半主动控制是在主动控制的基础上提出的，是一种以参数控制为主的结构控制技术。它是根据控制管理系统的输入输出要求，利用控制机构来实时调节结构内部的参数，使结构参数处于最优状态。结构半主动控制的原理与结构主动控制的基本相同，只是实施控制力的作动器需要少量的能量调节以便使其主动地甚至能够说是巧妙地利用结构振动的往复相对变形或相对速度，尽可能地实现主动最优控制力。因此，半主动控制作动器通常是被动的刚度或阻尼装置与机械式主动调节器复合的控制管理系统。

  混合控制是主动控制和被动控制的联合应用，使其协调起来共同工作。这种控制系统充分的利用了被动控制与主动控制各自的优点，它既能够最终靠被动控制管理系统大量耗散振动能量，又可通过主动控制系统来保证控制效果，比单纯的主动控制能节省大量的能量，因此有着良好的工程应用价值。

  把经验和直觉推理、综合判断等人类生物技能应用于一般控制之中，使结构具有感知、辨识、优化和自我控制等功能的控制称为智能控制。论文参考网。结构振动的智能控制是国际振动控制研究的前沿领域，主要涉及智能材料、人工智能、自动控制、力学、电学、机械和计算机等多门学科。结构智能控制最重要的包含两类：一类是利用智能材料研制的智能减振控制装置对结构实施的局部振动控制；另一类是将模糊逻辑控制、神经网络控制和遗传算法等智能控制算法应用于结构的振动控制。由智能材料制造成的智能可调阻尼器和智能材料驱动器等智能减振控制装置构造简单、调节驱动容易、能耗小、反应迅速、时滞小，在结构主动控制、半主动控制、被动控制中有广阔的应用前景。

  对于桥梁结构的风振控制，应依据不同的部位，采取响应的振动控制措施。例如，对于桥梁主体的风振控制目前主要是采用减振技术。很成熟的控制装置有调谐质量阻尼器（TMD）、调谐液体阻尼器（TLD）等，其中以TMD应用最为广泛。对于斜拉桥、悬索桥的索塔风振控制装置多采用主动质量驱动器（AMD）及悬挂式TMD。对于拉索振动控制，由于其振动机理很复杂，因而拉索控制方式的探索也较活跃。大致有三种：其一，耗能减振方式，即采用高阻尼橡胶做成胶圈，安装在拉索的钢导管中。其二，采用专门的阻尼减振器，即在拉索与桥面相交处设置一对阻尼器，用以减小拉索自由长度，反馈拉索振动时的相对位移和相对速度。其三，采用减振副索，即用不锈钢丝绳将斜拉索连起来，借以增强拉索间的互相约束，增大附加阻尼。

  鉴于桥梁风致振动控制当前存在的不足，应对其成桥后和施工状态下的风振理论及控制进行进一步的研究，主要有：空气振动的控制理论、控制措施、装置及相应的试验研究；数值模拟风洞及空气的动力稳定性计算的计算机仿真技术探讨研究；大跨度桥梁结构体系的空气动力稳定性研究及相应的全桥模型实验；施工阶段空气动力稳定性研究及相应试验；空气动力参数的识别方法、评价及相应的风洞试验。以上问题的研究和解决势必为桥梁的建造产生直接的指导作用，使桥梁的振动控制研究更加科学、经济、可靠。

  经过国内外学者、工程界人士的不断探索和实践，桥梁结构风振控制取得了丰富的研究成果和巨大的进展。虽然目前桥梁风振控制技术在工程中的应用还刚刚起步，还有许多问题尚未解决。但是相信随科学技术的进步，有关各种技术难题会逐步得到完善，桥梁结构风振控制技术必将会被更广泛的应用到实际工程当中。

  汽车悬架振动主动控制技术对于提高汽车的性能有着至关重要的作用。根据汽车行驶过程中路面的真实的情况，汽车能及时的产生所需要的控制力，使达到控制车身震动和最优减震的状态。汽车的悬架主动控制系统可提升汽车在行驶过程中的稳定性，改善乘客乘坐汽车的舒适度。而且随着汽车主动悬架控制技术的发展，节约能源减少噪音也成为该技术一项新的目标。

  由于现代科学技术的快速地发展，现代汽车对于主动悬架的性能提出了更高的技术性要求，这就需要应用现代科学技术不断地完善和更新悬架的振动操控方法和结构及形式来配合新技术的发展，悬架的分类方式和结构及形式有很多，我们主要介绍根据控制力的分类，将主动悬架系统分为被动、主动和半主动三种类型的悬架。

  被动悬架系统在确定之后，汽车在行驶过程中就不能随着外界条件的改变而改变，由于不能够随意改变和选择参数，使得被动悬架系统的性能受到了限制，因此被动悬架的缺点就在于它的减振性能较差。半主动悬架采用了可变性的弹簧和减震器，它在生产力方面类似于以往的被动悬架，进步的地方在于半主动悬架的减振性有所提高，主要工作原理是通过切换空气来改变弹簧的刚度。主动悬架系统主要由执行机构和控制管理系统构成，它能够最终靠传感器来检测汽车的运作情况、道路目前的状况，这种悬架系统的减震性非常好，通常具有两种悬架形式，一种是通过电机驱动的空气式主动悬架，另一种是日产和丰田部分高档汽车所应用的电磁阀驱动的油气式主动悬架，油气式主动悬架利用与油压缸相连通的弹簧来吸收振动产生的能量，以此来实现减震的目的。

  悬架振动主动控制技术主要是利用现代汽车科技新技术，提高汽车的减振性能，减少车轮与车身之间的摩擦，降低能源消耗，减少噪音污染，保护环境。

  主动悬架的研发应该注重的是控制策略的运用，单单使用一种控制策略是不能取得较好的效果的，因此它需要多种操控方法的搭配，取长补短。另一方面还应该要考虑汽车主动悬架控制管理系统与汽车其他器件的搭配与磨合，只有相互配合相互作用才能取得较为满意的效果，才能体现出高档汽车的性能。

  主动悬架系统是运用非线性机、电、液一体化的动力控制系统。传统的被动悬架系统由于减振性差、消耗能源多的缺点已经被主动悬架系统所取代，在汽车悬臂主动系统中研究出的最优控制、自适控制、模糊控制等操控方法都取得了令人瞩目的成绩，这些成绩使得汽车的功能、舒适度和减震性都得到了不断的发展和完善，提高了汽车的性能，让质量和安全性更加有保障。

  根据现代汽车技术，汽车悬架振动主动控制系统已经利用计算机处理并来控制由传感器来决定汽车的自身速度，车轮相对于车身的相对速度。现在汽车主动悬架控制主要是运用较好的操控方法，来达到减震的效果，以此来降低能耗，实现又好又快的发展才是未来汽车主动悬架的发展方向。

  根据现代汽车控制理论，从不同的方面得出切实可行的方案。主动悬架振动系统的现代操控方法总结主要有以下几种可供参考：

  这种操控方法主要是根据具有一定的不确定性的控制管理系统而设计。自适应控制就如同它的名字，它可以自动检验测试到系统中参数的变动情况，从变化的参数中选择最合适的参数，使得自身能够时刻保持性能最优状态，满足系统的性能指标。

  最优控制是通过建立一个确定的目标方程，通过数学方程取极值时的控制输入，应用最优系统理论求得所设方程下最优控制规律。相对于其他悬架操控方法，最优操控方法对于系统的不确定变量的影响进行了风险估算，因此，它具有非常好的控制效果。

  在近些年汽车悬架主动控制系统快速地发展完善的过程中，模糊控制是一种新型的汽车悬架操控方法。不需要确定的数学模型，用数字变量代替过去的语言变量，这是它最大的特点。上世纪九十年代开始，这种操控方法就慢慢的开始被应用于汽车悬架的主动控制管理系统中，利用计算机进行模拟数据的分析从而控制车身的振动，它的实验结果向世人证明了汽车悬架振动系统采用模糊控制的方法是行之有效的。

  汽车是一个集科技、信息、智能化于一体的综合性产品，人类对于它的需求不单单是一种代步工具，而且还要满足舒适、安全、环保、稳定的要求。而汽车的主动悬架作为汽车中的组成器件之一它要在不同的道路情况，汽车不同的行驶速度情况下都应该发挥其最好的效果，传统的被动悬架已经被各类新型的电子控制管理系统所取代，而人类对于它的现代控制技术理论的研究将结合真实的情况更加的深入具体，相信在不久的将来，新的悬架主动控制系统将会具有更完善的功能。

  前言：传统的结构抗震是弹塑性设计方法， 采用增强结构本身的抗震能力（ 强度、刚度、延性） 来抵御地震作用， 这是被动消极的抗震对策。由于人们对未来地震灾害作用的强度和特性尚不能准确地估计， 按传统抗震方法设计的结构不具备自我调节的能力。因此， 结构很可能不满足安全性的要求， 而产生严重破坏或倒塌， 鉴于结构减震控制技术涵盖范围太大， 下面讨论其中的隔震控制技术及耗能减震技术。

  应用结构控制管理系统是解决结构工程安全性问题的一个可替代的方法，从而为结构控制理论在土木工程中的应用指出了光明的前景。结构控制的概念可以简单表述为： 通过对结构施加控制机构， 由控制机构与结构共同承受振动作用， 以调谐和减轻结构的振动反应， 使其在外界干扰作用下的各项反应值被控制在允许范围内。结构减震控制根据要不要外部能源输入可分为被动控制、主动控制和混合控制。被动控制是指不需要能源输入提供控制力， 控制过程不依赖于结构反应和外界干扰信息的操控方法。文中所讨论的基础隔震、耗能减震等均为被动控制。

  由地震反应谱知， 随周期的增大， 加速度反应谱逐渐减小， 通常低层建筑物的刚度很大， 因而周期短， 地震时输入其中的加速度较大， 所以如果采取一定的措施加大延长结构基本自振周期， 使其远离场地的卓越周期， 使结构的基频处于地震能量高的频段之外， 将会有效地降低建筑物的输入加速度。同时由地震反应谱还可看出， 当周期增大时， 位移反应谱逐渐增大， 这就是说地震时由于建筑物周期的增大， 反应位移将增加， 若同时再加上阻尼， 反应位移将不会过大， 而且反应加速度下降的效果将更好。

  现代用于隔震的橡胶支座由橡胶片和薄片增强钢板粘合硫化加工而成， 容易采用现代橡胶化工技术制造， 如图1 所示。它的水平向刚度较低， 而垂直向刚度则很高。这种形式的橡胶支座首先在桥梁上使用。建筑与桥梁所用的橡胶支座结构基本相同，有类似的结构动力学要求， 也同样具有耐久性、可靠性和包括防火在内的环境耐受性问题， 在地震荷载作用下， 橡胶支座可以隔离水平向的运动分量但在垂直向保持不动。因而既可以隔离由于地铁或公共交通产生的高频振动， 也可保护结构免受地震或其他振动的伤害。

  铅芯橡胶支座是在叠层橡胶支座中部圆形孔中压入铅而成的， 是对橡胶支座的一大改进。由于铅具有较低的屈服点和较高的塑性变形力。铅芯具有提高支座的吸能能力， 确保支座有适度的阻尼， 同时又具有增加支座的初始刚度， 控制风反应和抵抗微震的作用。铅芯橡胶支座既具有隔震作用， 又具有阻尼作用， 因此可单独使用， 无需另设阻尼器， 使隔震系统的组成变得最简单， 能节约空间， 在施工上也较为有利。

  结构耗能减震技术是在结构物某些部位设置耗能装置， 通过耗能装置产生摩擦， 弯曲弹塑性滞回变形耗能来耗能或吸收地震输入结构中的能量， 以减小整体的结构地震反应， 从而避免结构产生破坏或倒塌， 达到减震控震的目的。而装有耗能（ 阻尼） 装置的结构称为耗能减震结构。耗能减震结构具有减震机理明确、减震效果明显、安全可靠、经济合理、技术先进、适合使用的范围广等特点。

  摩擦耗能器是根据摩擦做功而耗散能量的原理而设计的， 目前已有多种不同构造的摩擦耗能器， 如Pall 型摩擦耗能器， 摩擦筒制震器， 限位摩擦耗能器， 摩擦滑动螺栓节点及摩擦剪切铰耗能器等。摩擦阻尼器种类很多， 但都具有非常好的滞回特性， 滞回环呈矩形， 耗能能力强， 工作性质稳定等， 图2 即为回复力特性曲线 钢弹塑性耗能器

  软钢具备比较好的屈服后性能， 利用其进入弹塑性范围后的良好滞回特性， 目前已研究开发了多种耗能装置， 如加劲阻尼装置、锥形钢耗能器、圆形（ 或方框） 钢耗能器、双环耗能器、加劲圆环耗能器、低屈服点钢耗能器等。这类耗能器具有滞回稳定性很高、耗能能力大， 长期可靠并不受环境与温度影响的特点。图3 即为典型的回复力特性曲线 粘弹性阻尼器

  典型的粘弹性阻尼器是由两个T 型约束钢板夹一块矩形钢板而组成， T 型约束钢板与中间钢板之间夹了一层粘弹性材料， 在反复轴向力作用下， 约束T 型钢板与中间钢板产生相对运动， 使粘弹性材料产生往复剪切滞回变形来增加结构的阻尼， 耗散输入的振动能量， 从而减小结构的振动反应。

  由地震反应谱知，随周期的增大，加速度反应谱逐渐减小，通常低层建筑物的刚度很大，因而周期短，地震时输入其中的加速度较大，所以如果采取一定的措施加大延长结构基本自振周期，使其远离场地的卓越周期，使结构的基频处于地震能量高的频段之外，将会有效地降低建筑物的输入加速度，进而达到减震的作用。基础隔震是在建筑结构底部与基础顶面之间设置隔震控制体系，使上部结构与基础分离。通过隔震体系隔离地震波向上部结构的输入，延长结构基本周期，减小输入上部结构的地震能量，降低建筑物地震反应，使结构加速度反应减小，实现地震时建筑物只发生较轻微的运动和变形，从而保障建筑物的安全。目前隔震研究的重点和今后的发展在以下两个问题上：

  1 近场强地震条件下， 沿断层破裂方向有一个很强的加速度与位移脉冲。当位移脉冲超出隔震系统的最大允许位移时， 结构会与限位装置发生碰撞， 对结构产生冲击。这种冲击对结构的安全是有害的。

  2 结构阻尼的分布影响结构动力特征已经为人们所认识， 通过在结构的特定部位设置阻尼器控制结构的动力特性， 减弱结构在地震中的动力反应使结构更安全是目前隔震研究中的热点， 目前大多分布在在新型阻尼器的研究上， 如何使阻尼器在小位移下就可以轻松又有效地产生所需的阻尼。

  目前， 世界上许多国家开展了结构减震技术与理论的研究，并致力于该技术的推广应用。结构减震控制技术是一门科学性和技术性很强的应用科学，在结构设计中应用减震控制技术， 能很好地减小地震反应以此来降低抗震等级， 同时建筑物的总造价增大不多。另外， 随着结构减震技术的发展， 减震系统造价不断减低， 减震房屋的经济效益会慢慢的突现。结构减震技术代表着未来抗震技术的发展趋势， 值得大力推广应用。

  [1] 周福霖. 工程结构减震控制[M] . 北京： 地震出版社， 1977.

  第一、国外研究理论大多分布在在通过对振动区域内的机组之间的相互关系阐述和论证，定义一个可调区域的模式，经过控制水电厂可调区域数量，提供一个有效的总有功目标值，通过这一个数值来判定可行性以及可靠性。

  第二、国内的研究主要是集中在对发电机组的振动区穿越区的研究之上。一般都是给出了可调区域表述的水电厂振动区穿越判断依据，主要是通过分析可行目标值，以此来研究最少穿越次数，本论文大多数表现在第三节中的穿越模式的快速解决方案，通过这一个方案提出几个具体的分配策略。

  第三、基于多个水电机组联合运行有利于减少穿越振动区次数的分析结论，提出了利用虚拟调整电厂的概念在调度主站层面的建模方法与处理振动区的策在看次数。

  我们这里提供的案例是以一个水电厂中的发电机组为例，案例中的我们假设I为发电机组中的第i个机组的振动区个数，其中第k个振动区是P，P的取值有两个，一个是最小值，另外一个是最大值，我们通过这两个值把振动区分成了两个边界，最小值是下边界，最大值是上边界。

  把机组AGC调节的命令死区设置成P1，机组目前的出力是Pi，该机组穿越振动区的判断依据的物理意义是机组目前的出力还没有进入振动区，不过能明确的是目标出力落在振动区的相反一面的最边缘处，机组需要穿越振动区，这样做才能够达到目标出力。

  这里我们选取一个控制区域为某发电站发电机组在夏季满荷运行下的数据作为分析利用第三节中的提出的主站建模方法所提出的策略，我们通过联络线对水电厂振动区进行一定的调整，为它分配一个目标出力值，采用一阶低通做处理高频段的分量。离散因子选择0.5，对多个水电厂进行并行调整振动区。通过仿真软件我们大家可以得到如下数据表。

  从表1能够准确的看出，利用我们第三节的处理策略可以是穿越振动次数降低到30次，而实际穿越的次数应为128次，可见穿越次数在使用了新的的调整策略之后有很大的缩小，这是我们大家可以预见的结果。

  根据前面的分析，显而易见的会想到这样一个思路的可靠性和可行性，如果让更多的水电厂参与到系统的整个调整之中。能否减少单个调整厂导致的机组穿越振动区的次数。

  如果将单个水电厂视为一个虚拟机组，我们大家可以这样考虑把这个虚拟机组和实际机组同样看待，因为它也有额定的容量和振动区，它的额定容量是整个发电厂所有运行机组的总装机容量，不过它的振动区就是我们上节所论述的联合振动区，不过参与系统调整的多个水电厂可从整体上视为一个虚拟调整电厂，其中的每个虚拟机组均对应一个实际的调整厂。

  需要注意的是，虚拟机组各个可运行区域的模式，直接取为该虚拟机所对应水电厂的相应可调区域的模式。

  该虚拟调整电厂的运行机组台数为虚拟机组数量，总额定容量为各个虚拟机组容量之和，同样，最大，最小可调出力分别为各个虚拟机组最大，最小可调出力之和。

  类似的，可通过前面提及的求解水电联合振动区的方法，根据各个虚拟机组的振动区，计算出这一虚拟调整电厂的全厂可调区域，进而将全厂可调区域在全厂最大，最小可调出力范围取补集，得到其联合振动区。

  对于这一虚拟调整电厂的联合振动区，振动区穿越判断依据，可行目标值的最小穿越次数以及目标出力值在各个虚拟机组间的分配策略等与实际水电厂完全相同。对于各个虚拟机组目标出力的校对核对，与实际机组的校核有所区别。

  本论文首先通过对国内外研究理论进行了比较详细的综述，通过第二节的数据模拟分析，进行典型案例的分析和数据结果对比，为第三节提出的两个策略理论提供的比较丰富的实践论据，通过对发电机组振动区的调整策略的研究，为今后实际在做的工作中我们更有效的工作和创造更多的效益提供了有力的技术理论支持。

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  韩勇（1984—），男，湖北黄冈人， 助理工程师，主要是做水电厂监控及自动化设备维护工作。

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