结构振动相似原理及其工程应用

动力学相似是指当两系统的参数满足一定相关条件（相似准则）时，两系统动力学响应也会相似甚至成比例。相似模型试验源自流体力学中的无量纲参数及相似理论，工程师可利用缩比模型测试结果来预报实际结构的流体动力学特性。例如，通过在风洞中的模型测试预测实际飞行器的空气动力学特性，通过在拖曳池船模试验估算实际船舶阻力等。当前相似理论已拓展到结构动力学和声学领域，使工程上可利用缩比模型的测试结果去预报大型复杂结构的振动特性成为可能，不仅能大幅节省研究和试验成本，而且可显著提高理论分析和优化设计的效率。与流体相似不同的是，结构振动相似研究方法除了引入无量纲数外，还包括有量纲分析法、方程无量纲化法及波分析相似等。这些方法在理论分析上有各自的特点，在工程应用上有各自的优势和局限性。随着结构振动研发需求升级，相似原理逐步从全尺度缩比模型相似向畸变模型相似发展，这将进一步促进结构振动相似原理服务于大型复杂工程结构可靠性分析和安全性设计研究中。