局部约束阻尼层铺设的优化设计

在板状结构的抗噪减振中,约束阻尼层的铺设应用是非常广泛的,特别是局部约束阻尼的铺设。该文在Ansys环境下,主要研究了关于局部约束阻尼层铺设的优化问题。首先讨论了约束阻尼的有限元建模方法,然后应用该有限元模型,以提高前若干模态阻尼为目标,采用Cellular Automa-ta及该文改进算法(CAM)探讨了约束阻尼层的拓扑优化。在此基础上,提出了同时考虑局部约束阻尼拓扑形状优化和多设计参数优化的综合方法。仿真结果表明,该方法可以获得更高的阻尼添加效率,可以为板和圆柱壳等工程结构约束阻尼层的铺设提供一定的设计准则。     

约束阻尼结构板振动性能实验研究

通过对约束阻尼结构试样进行单点锤击实验,研究了约束层厚度和阻尼层厚度对约束阻尼结构振动性能的影响。分析了各组结构的振动幅值、振动加速度、振动加速度总级值和结构复合损耗因子。研究发现,当结构约束层厚度从40 mm增加至60 mm时,试样减振性能改善最明显。当结构约束层为80 mm厚时,3 mm厚阻尼层结构减振效果最好且阻尼层阻尼效率最高。当结构约束层为20 mm、40 mm和60 mm时,2 mm厚阻尼层结构减振效果最好且阻尼层阻尼效率最高。综合考虑结构性能、减振效率和经济因素,60 mm厚约束层、2 mm厚阻尼层为所研究试样中的最优组合。     

主动约束层阻尼结构的振动控制

基于弹性、粘弹性和压电材料的本构关系,利用Hamilton原理,推导了主动约束层阻尼板的有限元动力学模型。结合压电材料的机电耦合特性,采用自感电压的位移和速度反馈,对主动约束层阻尼板进行了闭环振动控制,研究了不同控制增益条件下,主动约束层阻尼板的动态特性。研究结果表明:采用自感电压的比例、微分反馈控制,能有效控制约束层阻尼板的振动,增大振动能量耗散,尤其对频率共振峰有明显抑制作用。由于该方法结构简单,容易实现,有很好的工程应用前景。     

被动约束层阻尼结构短柱壳的减振分析

该文主要是通过分别改变被动约束层阻尼结构中粘弹性阻尼层及约束层的厚度,讨论贴敷不同厚度被动约束层阻尼结构的短柱壳的振动特性。通过被动约束层阻尼结构减振机理,提出粘弹性材料模态阻尼计算和分析探讨,以短柱壳为研究对象,仿真计算中各个材料参数,并得出结论。阐述了机敏约束层阻尼系统特征,分析了结构设计和系统建模方法。反过来这些优点也使得类似结构十分容易发生振动。在航空发动机上这样极易引起由于振动过大而导致的短柱壳破裂现象,如果不采取减小振动幅值的措施,将会引发灾难性的后果。在短柱壳表面贴敷粘弹性阻尼材料是一种有效,便捷的减振方式,因此有必要对其减振特性进行研究。     

局部磁约束阻尼悬臂板的振动分析

研究了磁约束阻尼悬臂板的减振效果,应用Rayleigh-Ritz方法建立了板的近似振动分析模型．选取约束层的横向振动模态和面内振动模态作假设模态,形成横向位移和面内位移．调查了不同约束阻尼层配置下。磁约束处理对约束阻尼板第1阶扭转模态损耗因子的影响．研究表明：在远离节线y=B／2处开始设置磁约束层,采用磁约束处理能显著地改进板的第1阶扭转模态的阻尼效果,从而使得附加磁体的被动约束阻尼处理在低频也具有较好的阻尼效果．     

弹性-粘弹性复合板模态密度研究

利用弹性最小势能原理和变分法,推导出弹性－粘弹性复合板的弯曲振动模态密度计算公式,系统地分析了阻尼层厚度、温度和频率对模态密度的影响规律,得出自由阻尼板的模态密度随阻尼层厚度增加而增大,约束阻尼板的模态密度随阻尼层厚度增加而减小;自由阻尼板的模态密度随温度的升高而增大,而约束阻尼板的模态密度受温度影响较小等若干结论。     

风力机多层约束阻尼叶片抑颤性分析

为解决大型风力机叶片的颤振问题,将多层约束阻尼结构应用于风机叶片。基于复刚度法建立了局部多层约束阻尼叶片的动力学模型,并推导出结构损耗因子的计算式。采用混合单元法建立了某1. 5MW风力机普通叶片、单层约束阻尼叶片、多层约束阻尼叶片有限元模型,并进行了模态分析;通过Newmark直接积分法对三种叶片在额定风速下的动态响应进行了仿真对比。结果显示,多层约束阻尼叶片较单层约束阻尼叶片和普通叶片具有更好的抑颤性能,结构阻尼更高。研究结果可为大型风力机抑颤设计提供参考。     

部分覆盖被动约束层阻尼梁的动力学建模和振动特性分析

考虑黏弹层的剪切作用及偏心矩的影响,结合线黏弹性理论和弹性梁的弯曲理论,建立了被动约束层阻尼梁的动力学控制方程;并采用齐次扩容精细积分技术,提出了一种分析部分覆盖被动约束层阻尼梁振动和阻尼特性的半解析半数值方法。该方法应用范围较广,计算精度较高,可适用于较高的频率范围。还分析了覆盖率、覆盖位置等结构参数对被动约束层阻尼梁的动力学特性的影响。     

微机械结构中考虑边界滑移的穿孔平板压膜阻尼分析

针对微机械结构中的穿孔平板提出了一种精简的压膜阻尼计算模型,计算时考虑了气体的稀薄效应和穿孔造成的压力损失及其内壁产生的气流剪切力.分析时将穿孔平板分解为多个压力分布相同的圆环板,通过修正的雷诺方程得到每个圆环板的压力分布.考虑边界滑移解释了气体的稀薄效应,根据气体的流量守恒给出了穿孔造成的压力损失.为了验证理论模型的正确性,分别与Kwok、Veijola的理论模型和Pasquale的实验结果进行了对比.结果表明本文给出的阻尼计算模型相对于Kwok给出的阻尼计算模型计算起来更准确,相对于Veijola给出的阻尼计算模型在精度相差不大的情况计算起来更方便.      

局部约束阻尼层耗散率一致化优化

针对具有多个阻尼块的局部约束阻尼层优化问题,分析了阻尼层模态损耗因子对质量的灵敏度,建立了以阻尼块的敷设位置和厚度参数为设计变量,以附加阻尼结构质量为约束条件、以模态损耗因子最大化为目标函数的优化数学模型,提出了局部约束阻尼层耗散率一致化优化方法。运用该方法对四边简支板阻尼层优化,得到了不同质量时的阻尼层的敷设方案,并讨论了不同生长方式对模态损耗因子的影响。结果表明:提出的局部约束阻尼层优化方法是可行的,可有效提高阻尼层的减振效果,对局部约束阻尼层的优化设计有着重要意义。     

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。     

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。     

可控约束层阻尼

针对薄壁结构振动,提出了一种主、被动杂交控制的新方式———可控约束层阻尼,利用压电片的逆压电效应控制约束阻尼层的运动,增加系统的阻尼．根据弹性、粘弹性、压电材料的本构关系,建立了具有可控约束阻尼层梁的控制微分方程．脉冲、正弦两种形式载荷的数值模拟表明,这种可控约束层阻尼对振动的抑制有较好的效果,且结构简单,易于实现．     

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.     

非标准交接板梁组合结构的有限元建模新方法

讨论了两类比较特殊的非标准交接板梁组合结构-有相当横截面面积的筒形壳/管形状的梁与板壳单元的组合结构，指出对这些组合结构的常规处理方法可能导致板壳单元对梁单元变形约束的放松，造成约束刚度的低估和相应特征频率计算结果偏低的虚伪现象，利用MSC/NASTRAN结构有限元分析软件中的多点约束（MPC）法，提出了一种新的建模方法，可以很好地解决上述问题，通过两个算例验证了该模拟方法的有效性。     

约束阻尼结构拓扑优化设计的进化算法

约束阻尼结构的阻尼材料优化布局是约束阻尼结构振动控制设计中的关键问题,它直接影响到振动能量耗散与全局能量流分布。在约束阻尼结构设计中引入拓扑优化渐进优化算法,以约束阻尼胞单元为设计变量,建立以模态阻尼比为目标函数,约束阻尼材料用量为约束条件的拓扑优化模型。分析结构模态阻尼比相对于阻尼胞单元位置的敏度,导出灵敏度计算表达式。提出基于渐进优化算法的优化准则,通过逐步删除利用率低的材料,使目标模态阻尼比达到最大化,给出了数值计算的例子,理论计算结果验证了拓扑优化方法的正确性和有效性。     

用子空间迭代的有限元法计算机床大件的振动

本文介绍了用子空间迭代的有限元法计算机床大件（也称结构件）振动的基本原理和所编制的通用计算程序的主要特点。计算时将机床大件按空间平板组合结构来处理。为了检验所用程序的计算精度，对不同粗细网格的悬臂梁进行了自振频率和振型的计算，并和用解析法计算所得的精确解作了对比。本文并介绍了对数控龙门铣床的横梁进行自振频率、振型和不计阻尼时的强迫振动计算的结果。     

动响应约束下阻尼材料配置优化的拓扑敏度法

提出阻尼胞单元和阻尼拓扑敏度等概念，建立了基于阻尼拓扑敏度综合评价的阻尼材料拓扑优化准则，并用于频率和动响应约束下自由阻尼层结构阻尼材料的配置优化。讨论了阻尼材料拓扑基结构的规模与优化效率的关系。通过典型算例验证了所提出方法的正确性。     

组合空腹板架结构的连续化分析

根据钢-混凝土组合空腹板架的构造特点,提出了此结构的连续化分析方法.采用具有三个广义位移的非经典平板理论,并考虑上下表层抗弯刚度,将组合空腹板架结构连续化为具有三层构造的夹层板.得到了拟夹层板的连续化分析的相关微分方程,并推导了矩形平面周边简支条件下高阶微分组的解,得到组合空腹板架结构在均布面荷载作用下的位移、应变、弯矩、剪力的表达式.     

敷设阻尼层的有限长加筋板声振性能研究

以有限长加筋板和敷设阻尼加筋板为对象,通过模型试验分析了单频激励和白噪声激励下的加筋板在空气中、水中的振动和声辐射,针对计算模型开展相应的数值分析.结果表明：加筋板敷设阻尼层后,结构的振速级峰值左移.阻尼层在整个频带体现出较好的抑振降噪效果,但在低频区降噪效果不明显,甚至在局部频点出现失效区.在同等激励条件下,其辐射声压级普遍降低.数值分析进一步验证阻尼层对抑制振动与声辐射非常有效.