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,...     

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.     

不同温度下带阻尼薄板件振动模态实验与仿真

为分析带阻尼薄板件在不同温度下的振动模态特性，使用改制的环境箱和激光测振技术对板件进行模态参数识别，实验分析温度对带阻尼薄板件的模态频率和模态阻尼的影响规律。结果表明，温度跟带阻尼薄板件的模态频率呈负相关，在极端高温和低温情况下，模态阻尼大幅降低。提出基于优化算法的阻尼材料参数倒推识别方法，识别出阻尼材料随温度和频率变化的复模量和损耗因子，用于有限元仿真验证。仿真结果表明，使用频变的阻尼材料参数预测带阻尼薄板件的振动响应，其共振频率和响应幅值更接近测试值。     

电流变弹性体夹层结构梁动力学特性分析

将电流变弹性体材料等效为粘弹性阻尼材料,运用夹层梁理论和广义Hamilton原理,建立了电流变弹性体夹层结构梁的动力学模型,并对其动力学特性进行仿真分析.仿真结果表明,随着外加电场强度的增加,电流变弹性体夹层结构梁的刚度和模态损耗因子得到提高,系统的振动也会减小;增加电流变弹性体夹层的厚度,能降低系统的固有频率,但同时...     

带槽管状过渡约束阻尼结构振动特性分析

为进一步提高管状阻尼结构减振效果,本文对过渡层分别进行了均匀周向、轴向带槽处理,基于复特征值法建立结构动力学方程,研究管状结构结构参数(开槽段数、间隔、厚度和约束层厚度)的改变对约束阻尼管振动特性的影响。建立了全敷设和均匀周向、轴向带槽过渡层约束阻尼管状结构有限元模型,分析比较模态固有频率和结构损耗因子,同时通过解析解(摄动法)和仿真计算结果验证所建模型的合理性,经分析对比结果数据吻合良好。通过对全敷设与带槽结构的谐响应分析结果表明,均匀带槽过渡层能够局部放大粘弹性阻尼层內剪切变形,提升结构阻尼效果,且周向带槽过渡层结构优于轴向带槽结构。     

大小叶盘-硬涂层阻尼结构的解析建模和振动分析

对叶片涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层,研究具有硬涂层的大小叶盘的动力学模型和振动特性,主要研究硬涂层对大小叶盘的阻尼减振性能的影响.首先,利用复模量理论和Oberst梁理论,建立了涂层大小叶盘结构的解析模型;然后,基于Gram-Schmidt法和Rayleigh-Ritz法,求解涂层大小叶盘结构的模态特性和受迫响应.结果表明:硬涂层阻尼对大小叶盘固有频率的影响很小,但能使模态损耗因子提高4倍,说明硬涂层可以有效提高大小叶盘的阻尼性能;此外,涂敷硬涂层可以有效抑制其受迫响应.     

自由层阻尼复合板减振特性的研究

本文研究了自由层阻尼复合板的减振特性,导出了自由层阻尼复合板的抗弯刚度及基本模态损耗因子的计算公式以及振动方程、计算出四边简支单层金属板和自由层阻尼复合板的前几阶固有频率,基本模态损耗因子及受迫振动时中点动挠度,绘出了振动系统前几阶模态振型图.理论值与实验测试结果基本吻合.     

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。     

风力机叶片共固化层合结构阻尼抑颤分析

针对大型风力机叶片的颤振问题,将共固化粘弹复合材料层合结构应用于风力机叶片。首先,建立了共固化阻尼叶片三维有限元模型,通过计算某型1.5 MW风力机叶片关键模态的应变能分布情况,确定了阻尼层的铺敷位置。然后,基于模态应变能法参数化分析了阻尼层厚度与复合材料偏轴纤维角对结构固有频率及模态损耗因子的影响。最后,通过Newmark直接积分法对原叶片及阻尼叶片在额定风速下的动态响应进行了仿真对比,验证了共固化层合阻尼叶片的抑颤效果。     

褶皱薄膜结构振动分析与控制

目的通过有限元模态分析和瞬态分析说明褶皱对薄膜结构动态性能的影响,在此基础上设计PID控制器,有效抑制薄膜振动。方法建立正方形薄膜结构有限元模型,经非线性屈曲分析得到面外褶皱形态,更新有限元模型进行模态分析;以初始褶皱形态为平衡状态,施加冲击扰动进行瞬态分析;通过MATLAB/ANSYS联合仿真,设计简单有效的PID控制系统。结果 (1)经模态分析得到了褶皱薄膜结构各阶固有频率和模态振型;(2)经瞬态分析得到了扰动点与褶皱峰值点处的振动曲线;(3)经MATLAB/ANSYS联合仿真得到了施加PID控制后褶皱峰值点处的振动曲线。结论 (1)褶皱的存在可改变薄膜结构的动态特性;(2)本文PID控制方法可有效抑制振动,提高薄膜结构的在轨稳定性。