我与科学基金(319)
(本栏目由浙江省自然科学基金委员会合办)
齐天高楼、跨海大桥、高速铁路、航天飞机等等处于不同工作环境必须经受长时间各种各样的复杂振动考验，在浙江省自然科学基金的资助下，浙江大学教授应祖光承担的“周期性磁粘弹性基复合结构的适应局域振动研究”不久前通过了结题验收，该项目就是为了探索周期性结构振动的规律，通过科学的分析，提出切实的振动控制建议，保障工程结构和人身的安全。
据应祖光教授介绍，土木、机械、航空航天等领域许多结构及其部件不可避免地经受各种强或弱的环境作用，强激励导致结构的剧烈振动将严重影响其安全状况，弱激励导致结构的微振动也将影响振动敏感器件的工作性能，结构振动控制是工程领域一个长期存在的重要的研究主题。
数十年来，已发展被动控制、主动控制及半主动控制等方法。被动控制如基础隔离、能量耗散等方法简单、便于实施，但控制频段的局限性很大，可调阻尼器等的发展较大地改善了被动控制对于环境的适应性，广泛地应用于工程结构的振动控制。
利用结构本身特殊的性质是其振动控制的一条重要途径。许多工程结构如旋转结构、高耸建筑、多跨桥梁、加筋板、无缝高铁轨道等都具有几何特征或物理性质在空间上的周期性，称之为周期性结构。例如高速铁路或城际铁路的无缝轨道是一个周期性弹性支承的长梁，其动力学特性直接影响着高速列车的安全平稳性，因此振动控制至关重要。通常采用被动的基础隔离方法，但该传统的被动控制是不可调节的，无法适应环境(包括道床、车速、风雨等引起)的变化；且列车通过时间短，常用的主动反馈控制也没有多少实际意义。所以，需要发展这类结构振动控制的新方法，而利用结构本身的空间周期性性质及其与时间周期性振动的耦合调制关系是其振动控制的一条重要途径，为此需要研究周期性结构的局部化振动特性及其调控性能。
应祖光和他的研究团队基于弹性动力学和磁粘弹性体动力学理论，建立周期性磁粘弹性基复合梁结构的振动方程，将空间周期性参变的偏微分方程变换为常参数的常微分方程组，并求其解，发展了有效的分析方法；基于摄动理论、弹性动力学和磁粘弹性体动力学理论，建立拟周期性磁粘弹性基复合梁结构的振动方程，将空间拟周期性参变的偏微分方程变换为周期性参变的偏微分方程，再结合前面方法求解，发展了相应的分析方法；得到周期性与拟周期性磁粘弹性基复合梁结构的频响函数、确定性振动响应与随机振动响应解等结果，揭示了频响、振动响应特性与周期性间的调控性能、拟周期性的影响、局部化特性等规律，发展了应用可控的磁粘弹性等智能材料设计周期性复合结构以实现主动结构周期性、局部化适应振动控制的新策略；指出并澄清了有限周期结构动力学特性与无限周期结构波动特性间的关系与区别，揭示了周期性杆动力学特性的新规律；发展了基于Bloch-Floquet定理与Galerkin法的周期结构频响问题的双重展开分析方法，揭示了有限周期性梁频响特性的新规律等；并发展了由轨道梁频响特性及模式改变识别周期支承异常的方法；丰富和发展了周期性智能结构系统(随机)动力学、控制与识别理论及应用。期间与香港理工大学土木及环境工程系国家轨道电气化与自动化工程技术研究中心香港分中心倪一清教授团队进行了有关合作研究。发表学术论文27篇(其中SCI收录12篇)，培养7 名研究生。
记者 金乐平 通讯员 周丽敏 谢崇波
