单自由度复阻尼耗能减震结构的等效系统研究

为了克服复阻尼耗能减震结构运动方程在时域求解时不能保证计算结果稳定收敛的缺陷,研究了此类结构的新型等效系统.首先,依据耗能减震结构的振动响应特性可通过其自振特性确定的性质,重构复阻尼耗能减震结构的基本分析方程,然后根据结构阻尼损耗因子为小量的特性,利用多尺度方法获得了单自由度复阻尼耗能减震结构的等效频率和等效阻尼比.经...     

改进频率相关黏性阻尼模型的时程计算方法

复阻尼模型的时域计算结果不能稳定收敛. 迟滞阻尼模型存在能量耗散与实际不符以及非线性的缺陷. 针对复阻尼模型和迟滞阻尼模型的缺陷,本文依据频域转化原则得到了频率相关黏性阻尼模型. 为实现结构体系的时程计算,基于加速度与位移的关系假定,进一步得到了改进频率相关黏性阻尼模型.改进频率相关黏性模型保留了结构每周期耗散能量与外激励频率无关的优点,同时克服了迟滞阻尼模型中能量耗散与实际不符的缺陷,还保证了单一振动频率下单自由度结构的线性特征.假定时间步长内结构处于单一频率的简谐振动,引入常平均加速度法,提出了单自由度体系的时程计算方法. 在此基础上,结合模态叠加法,推导了多自由度体系的时程计算公式. 算例结果表明,改进频率相关黏性阻尼模型可克服复阻尼模型频域法的缺陷,同时有效避免复阻尼模型时域法计算结果的发散现象.     

指数型阻尼模型复模态更新及阻尼矩阵识别

提出了在模态测试的基础上识别得到指数型非粘滞阻尼系统中阻尼系数矩阵的方法.通过求解一个带约束最优化问题,得到满足系统特征方程的最优修正阻尼系数矩阵.考虑了实际模态测试中得到的模态参数的非完备性,可以利用有限的低阶模态,较为准确地识别出系统的阻尼系数矩阵,但随着系统的非粘滞阻尼特性逐渐增强时,想要精确识别出阻尼系数矩阵所需要的模态数目会逐渐增加.同时,进一步考虑到模态测试中复模态的虚部受噪声影响较大,提出了阻尼矩阵识别过程中对复模态虚部进行更新的方法,使之满足指数型阻尼系统特征方程,且利用上述方法得到的复模态虚部,能较为精确地识别出阻尼系数矩阵.由于目前对松弛因子识别的研究较少,在模态更新方法的基础上提出了不依赖于复模态虚部的松弛因子识别公式,并通过数值算例,验证了指数型非粘滞阻尼模型的阻尼识别方法及复模态更新方法的适用性和有效性,及松弛因子识别的准确性.最后通过悬臂梁的振动测试进行模态参数识别,并讨论了指数阻尼模型的适用性和合理性.     

结合面切向接触等效黏性阻尼分形模型

基于MB接触分形理论、结合面切向接触阻尼耗能机理以及阻尼损耗因子的定义,建立了结合面切向接触等效黏性阻尼的分形模型及其损耗因子模型。所建模型表明,结合面切向接触等效黏性阻尼与结合面法向接触载荷、摩擦系数、材料塑性指数、结合面上的切向动态载荷幅值与法向接触载荷之比(简称切法向载荷比)、结合面分形维数以及分形粗糙度参数之间具有复杂的非线性关系,而结合面切向接触阻尼损耗因子与结合面分形维数和分形粗糙度参数无关,仅与切法向载荷比和摩擦系数有关。模型的仿真结果表明,结合面切向接触阻尼损耗因子随着切法向载荷比的增大而增大,随结合面摩擦系数的增大而减小;结合面切向接触等效黏性阻尼随着结合面法向接触载荷、摩擦系数、材料塑性指数的增大而增大,随着结合面分形粗糙度的增大而减小;结合面切向接触等效黏性阻尼随结合面分形维数的变化规律较为复杂,先随着分形维数的增大而增大,在分形维数值1.65附近出现最大值,而后随着分形维数的增大而减小。     

阻尼复合结构的隔声性能与参数配置

采用等效参数法推导了阻尼复合结构和等效弯曲刚度和结构损耗因子,并对不同结构特征的阻尼复合结构的隔声量进行了数值计算,分析了材料的不同几何参数,物理参数对隔声吻合频率及隔声量的影响,给出了一些有关阻尼复合结构隔声性能的结论。     

阻尼复合结构的隔声性能与参数配置

采用等效参数法推导了阻尼复合结构的等效弯曲刚度和结构损耗因子,并对不同结构特征的阻尼复合结构的隔声量进行了数值计算,分析了材料的不同几何参数、物理参数对隔声吻合频率及隔声量的影响,给出了一些有关阻尼复合结构隔声性能的结论．     

过渡约束阻尼结构损耗因子的复刚度法

针对传统3层约束阻尼结构对外界振动能量的损耗受限问题,本文提出一种新型过渡约束阻尼结构;基于复刚度法推绎了该结构的损耗因子表达式,并与文献模型进行了对比验证.以悬臂阻尼梁为例,将该结构与传统3层阻尼结构损耗行为进行对比,分析结果表明,在结构振动时,增设过渡层,可使阻尼层的剪切变形增大,进而提高整个结构的损耗因子;同时探讨了过渡层的厚度、材料及铺设位置对结构损耗因子的影响,为今后优化工作打下了良好的基础.     

考虑频变特性的约束阻尼结构建模与试验研究

为了提高黏弹性约束阻尼结构模型仿真精度,提出一种考虑频变特性的约束阻尼结构建模方法,并开展了试验验证.首先,对ZN-3黏弹性材料进行动态试验测试,基于最小二乘法获取黏弹性材料模量和损耗因子表达式;其次,根据ZN-3黏弹性材料损耗因子关系表达式,基于考虑频变特性的修正模态应变能法,求解了约束阻尼结构的固有频率和模态损耗因子;最后,以贴敷黏弹性阻尼材料的悬臂约束阻尼薄板为例,从理论与试验两方面校验,结果表明,考虑频变特性的约束阻尼结构有限元模型具有较高精度,与试验测试结果比较误差在5%以内,验证了建模方法的准确性.     

基于非阻塞性颗粒阻尼技术的填充颗粒对约束阻尼结构减振性能的影响

为使传统的约束阻尼结构的减振性能进一步提高,引入了非阻塞性颗粒阻尼技术,通过颗粒运动状态分析和悬臂梁试验研究了填充颗粒对基于非阻塞性颗粒阻尼技术的约束阻尼结构减振性能,探讨了颗粒填充率、粒径和密度对结构的振动响应、复合损耗因子等阻尼特性的影响规律.结果表明:随着填充率的增加,复合损耗因子呈先增大后减小的趋势,当填充率在50％时损耗因子最高为0.144 7,提高了60.78％,振幅趋于平稳耗时0.257 8 s,此时颗粒呈块状剧烈运动,阻尼效果最为理想;填充等直径钢球颗粒的粒径由0.8 mm增至2.0 mm,复合损耗因子仅增加0.001 5,振幅趋于平稳耗时仅差0.003 9 s,对结构的减振性能无明显影响;填充不等直径的钢球颗粒的质量比为1∶1时,复合损耗因子最大为0.159 1,进一步提高了10％;填充颗粒质量相同时,密度小的材料减振效果最好,体积不变时,密度大的更佳可见基于非阻塞性颗粒阻尼技术的填充颗粒能够提高约束阻尼结构的减振性能.     

自由阻尼层加筋板的稳态简谐响应分析

应用模态叠加法研究了敷设粘弹性自由阻尼层加筋板的稳态简谐响应，以结构幅频特性曲线的方式来研究粘弹性阻尼以结构响应的控制作用，分析了阻尼材料模量、损耗因子和阻尼层与基层厚度比对结构响应的影响，分析中考虑了结构上下不同位置的结点的情况，结果表明，在相同幅度的情况下，增加阻尼层与基层厚度比比增加阻尼材料损耗因子的减振效果好；粘弹性材料能够有效地控制的共振响应。     

钢筋混凝土构件阻尼特性

采用阻尼耗能空间分布理论,推导了构件的单位周期阻尼耗能及其整体阻尼比的计算方法.得到了随机地震荷载下构件纵向应力传递因子和纵向应力传递损耗因子的计算公式.分析表明,随机地震荷载作用下构件的整体阻尼比受到组成材料的阻尼特性、构件的刚度分布、假定振动形状及截面形式等因素的影响.并建议给出了试验研究材料阻尼特性的计算方法.通过已有的阻尼实验数据得到不同混凝土强度、弹性模量、配筋率下的钢筋混凝土材料的阻尼耗能系数.     

约束阻尼结构约束材料优化选择研究

在自由阻尼结构的基础上,建立了约束阻尼结构的振动方程并对方程进行求解。对比约束阻尼结构和自由阻尼结构的振动特性,证明了附加一层约束层可大大提高结构的损耗因子。研究了约束层材料力学性能参数对结构振动特性的影响,结果表明约束层弹性模量对结构振动特性影响较大,材料优化选择的结果也与工程实际中应用的材料基本一致,研究结果可对结构阻尼减振设计时约束材料的选择提供理论支持。     

基于复阻尼模型的改进时域计算方法

针对复阻尼运动方程自由振动解中存在发散项,导致其不可计算结构自由振动响应,同时基于复阻尼模型的时域计算结果不能稳定收敛的问题,在复阻尼模型的基础上,利用时频域转换得到改进时域运动方程;引入地震加速度在时间步长内是线性变化的假定,利用改进时域运动方程的特点,提出地震作用下基于复阻尼模型的改进时域计算方法.算例分析表明:相比复阻尼模型的时域运动方程,改进的时域方程可适用于结构自由振动响应的时域计算,且计算得到的地震作用下结构动力响应是稳定收敛的;相比基于改进时域运动方程的傅里叶级数法,本文提出的改进时域计算方法计算量更少,计算效率更高.随着阻尼比的增大,复阻尼模型的改进时域方法和黏性阻尼模型的时域方法计算结果差异逐渐增大.当结构阻尼比为0.5时,在部分地震波作用下两种方法计算得到的加速度峰值相对误差可达到20%以上.     

薄膜阻尼的机理分析

为了适应高温、油腐等恶劣环境下使用的阻尼结构，对一种新型的阻尼机理─—薄膜阻尼进行了研究。本文采用阻抗法及统计能量法预估薄膜阻尼损耗因子。同时，为了实用的目的，采用工程材料组成的薄膜阻尼结构对本理论进行了实验验证，结果吻合良好。     

内燃机薄板箱体部分覆盖阻尼层技术研究

基于模态应变能法计算结构的模态阻尼损耗因子,提出采用模态应变能和的方法,研究部分覆盖阻尼层箱体的高应变能和区域,进而得到不同敷设参数对结构阻尼损耗因子的影响规律.并进一步应用模态局部化方法构造局部模态,控制最大应变能区域,实现阻尼材料布局的优化.研究结果表明,综合运用模态应变能和及模态局部方法,能准确得到并控制高应变能和集中区域的分布,为部分覆盖阻尼层的布局增加灵活性,且有助于降低结构质量.     

短轴向剪切加载模式下超大型黏弹阻尼墙力学性能试验

为了提高黏弹性阻尼装置温度相关性的准确度、最大阻尼力和力学性能,首先开展了黏弹性材料的温度扫描试验,然后设计了一种新式阻尼装置试验方法,即短轴向剪切加载模式方法,采用该试验方法对新型"5+4"式超大型黏弹性阻尼墙构件进行了力学性能试验.试验给出了黏弹性材料的tanδ-T,G'-T,G″-T曲线、黏弹性阻尼墙构件力-位移滞回曲线以及力学性能参数(最大阻尼力、损耗因子、等效阻尼系数、存储刚度、损耗刚度、剪切损耗模量、剪切储能模量等)的频率相关性和位移幅值相关性等.结果表明:黏弹性阻尼墙损耗因子峰值(0.77)与由黏弹性材料温度扫描试验得出的损耗因子峰值(0.79)只有微小差别,说明所设计的"5+4"黏弹性阻尼墙构件在短轴向剪切加载模式下可以很好发挥黏弹性阻尼材料的阻尼性能.     

基于参数化水平集法的约束阻尼结构动力学拓扑优化

约束阻尼(CLD)结构拓扑优化是轻量化设计下实现振动与噪声控制的有效手段.结合约束阻尼结构的有限元模型,以前两阶模态损耗因子及其加权最大化为目标函数,以参数化水平集函数的扩展系数为设计变量,以约束阻尼材料用量为约束条件,建立了基于参数化水平集法(PLSM)的拓扑优化模型.基于伴随向量法推导了目标函数对设计变量的灵敏度,...     

表面阻尼涂饰意杨单板的动态力学特性

为了开发防滑减振结构型胶合板,采用阻尼涂料对意杨单板进行表面涂饰处理,应用动态热机械分析技术,研究了意杨单板阻尼体系的动态力学特性,以构建具有自由型和约束型两种阻尼结构的新型木基阻尼结构体系。结果表明:①通过在意杨单板表面涂饰阻尼涂料构建意杨单板阻尼体系是可行的,该阻尼体系在常温环境下具有优异的阻尼性能。②涂层厚度对意杨单板阻尼体系的性能具有显著影响,损耗因子和有效阻尼温域均随阻尼涂料厚度的增加而增大,自由型阻尼涂料厚度为0.5～2.0 mm时,体系的损耗因子普遍高于0.10,峰值可超过0.30,约束型意杨单板阻尼体系在涂料厚度2.0 mm条件下损耗因子最大可达0.12。③意杨单板阻尼体系的动态力学行为与常规黏弹性高分子聚合物类似,满足温频等效机制。④采用阻尼涂料对意杨单板阻尼改性,自由型阻尼结构优于约束型阻尼结构。综合考虑,建议采用自由型阻尼结构,阻尼涂料厚度控制在1.5～2.0 mm。     

阻尼系统的特征

严格证明矩阵复指数法.用传递函数和复频响应函数,推导有阻尼多自由度系统的强迫振动解析解.有阻尼多自由度系统强迫振动解析解的构建,有助于分析主阻尼矩阵不为对角阵的情况.     

基于粘弹性阻尼层随机性自由阻尼层板简谐响应分析

基于粘弹性阻尼层材料参数和几何参数的随机性，用MonteCarlo直接抽样法对自由阻尼层板的简谐响应进行了分析研究，分别考察了粘弹性材料的贮存模量，损耗因子以及阻尼层厚度的随机性对复合结构简谐响应的振幅和相位差的影响，计算结果表明，共振时阻尼层的随机性对振幅和相位差的影响很大，非共振时影响不大。