基于阻尼合金层的轴箱弹簧驻波效应抑制研究

高速列车轴箱弹簧是转向架结构传声的主要路径,其驻波效应会对转向架高频隔振特性乃至车内噪声产生显著影响。因此,基于弹簧驻波效应机理,采用有限元法建立轴箱弹簧有限元模型,探究轴箱弹簧在0~2000Hz频率区段内的模态应变能分布特点,提出在轴箱弹簧簧条内侧敷设阻尼合金层的结构设计方案,调查阻尼合金层厚度对抑制特性的影响。结果表明,由于轴箱弹簧质量分布惯性作用的影响,其高频段会产生明显的驻波效应,对轴箱弹簧隔振性能产生显著影响。在轴箱弹簧簧条内侧贴附阻尼合金层可以有效提升其阻尼性能,2 mm厚阻尼合金层可将轴箱弹簧模态损耗因子从0.001提升至0.005,峰值密集区和峰值稀疏区选取的振动峰值抑制量分别可达16.3 dB和13.4 dB,三分之一倍频段抑制量最高可达6.8dB。该研究结果可为高速列车振动与噪声控制提供指导和支撑。

基于迭代RMSE法的约束阻尼板动力特性分析

忽略约束阻尼结构阻尼层黏弹性材料虚刚度及参数频变特性会对计算该结构模态损耗因子带来误差.本文在修正模态应变能法(RMSE法)的基础上,结合迭代算法,分析了黏弹性材料虚刚度及参数频变特性对约束阻尼板的振型、固有频率和模态损耗因子的影响,探讨了约束阻尼板阻尼层厚度和约束层厚度对结构模态损耗因子的影响规律.分析结果表明:本文方法计算的固有频率和模态损耗因子与相关文献中的试验实测值吻合良好;不考虑黏弹性材料参数频变特性,各阶模态振型形状基本不变,但部分振型的相位相反;阻尼层剪切模量直接影响到结构固有频率,忽略其频变特性会导致在低阶时计算结果偏大17.2%,高阶时偏小7.6%;低阶模态时,忽略黏弹性材料频变特性的模态损耗因子误差最大可到56.0%;约束阻尼板模态损耗因子随阻尼层厚度增加而增大,随约束层厚度增加先增大后减小.

约束阻尼控制锥筒塔架的阻尼特性分析与试验研究

海上风力发电塔会受到风荷载、波浪荷载等多种复杂动力荷载的作用,有必要对其进行振动控制.大径厚比的锥筒塔架结构是海上风力发电塔的重要支撑结构形式.本文提出约束阻尼控制风电塔筒的方案,并研究了约束阻尼对典型锥筒结构低阶模态阻尼特性影响.首先,建立锥筒结构的有限元模型,利用模态应变能法计算复合结构的模态损耗因子,并讨论了布置位置对模态损耗因子的影响.进一步地,通过锥筒结构模型的锤击模态试验测量得到结构模态频率与阻尼比,结果表明,利用约束阻尼可有效提高锥筒支撑结构的模态阻尼.

基于声学黑洞动力吸振器的冰箱压缩机振动抑制研究

压缩机是家用冰箱的主要振动激励源,在压缩机振动传递路径上附加动力吸振器,可以有效抑制压缩机的振动能量,同时成本低。声学黑洞(ABH)具有对弯曲波的能量集中特征,因而可以通过在其末端附加阻尼材料以实现能量耗散的目的,进而实现结构振动抑制。但由于ABH结构其主要功用在于高频段,其在实际工程减振降噪方面的应用还存在一定局限。因此,针对冰箱压缩机振动噪声问题,设计了一种用于抑制压缩机振动的ABH动力吸振器。首先,使用半解析法建立了ABH动力吸振器理论模型,并使用有限元方法验证了该模型的准确性;然后,计算了ABH动力吸振器的模态损耗因子,分析了该模型在压缩机振动能量集中区域的抑制效果;最后,为了进一步验证该ABH吸振器在压缩机上的控制效果,根据设计参数,采用3D打印的方式加工了该ABH动力吸振器,并将ABH动力吸振器黏附在冰箱压缩机机脚,用于抑制压缩机的振动传递,从而降低冰箱噪声。实验结果表明:在低速2 700 r/min和高速3 900 r/min的2种运转工况下,冰箱压缩机在20 Hz~1 000 Hz频率范围内的前10阶次中,平均有8个阶次以上的振动响应幅值得到了有效抑制。研究结果表明:该ABH动力吸振器具有良好的振动衰减作用。

基于变密度法的约束阻尼结构拓扑优化研究

约束阻尼结构拓扑优化是轻量化设计要求下实现噪声与振动控制的关键技术。采用有限元方法建立约束阻尼结构的动力学有限元模型。基于实体各向同性材料惩罚(SIMP)插值方法,以模态损耗因子最大化为目标,约束阻尼材料用量为约束,构建约束阻尼结构的拓扑优化模型。利用伴随向量法推导了目标函数对设计变量的灵敏度,通过优化准则法对优化模型进行求解。数值结果表明:优化后约束阻尼板结构的模态损耗因子提高比基本在50%以上,且振动振幅值有明显抑制。

结构拓扑优化设计综述

从离散体结构拓扑优化和连续体结构拓扑优化两个方面,对结构拓扑优化的发展历程和研究现状进行了评述,提出了拓扑优化在理论研究、实际应用、拓展研究和软件研究等方面的研究方向。

多粘弹性胶膜夹层约束阻尼梁损耗因子分析

研究了嵌入多粘弹性胶膜夹层约束阻尼梁结构的固有频率及损耗因子分析的一种有限元方法。基于分层离散的LayerWise理论推导了阻尼梁单元的有限元计算程式。结合模态应变能法,建立了多阻尼层约束梁模态损耗因子的计算方法。将该方法与传统的复合单元计算方法及试验数据进行了比较。结果表明,该方法具有计算精度高、计算耗费小的优点,可应用于复杂多阻尼夹层复合结构的损耗因子分析和阻尼参数优化设计。

敷设粘弹性阻尼的加筋板振动和阻尼分析

对敷设粘弹性阻尼的加筋板的固有频率和模态损耗因子进行了分析。考察了在加筋板结构上加自由阻尼层和加粘弹性筋梁的两种情况 ,分析了粘弹性阻尼材料模量、损耗因子、阻尼层厚度以及粘弹性梁剖面尺寸的影响。对粘弹性筋梁的讨论 。

运用有限元分析的阻尼板优化设计

根据阻尼板各阶损耗因子与各材料应变能之间的关系,利用有限元软件AN SY S对5层阻尼圆板的前4阶损耗因子进行了有限元分析计算,并选取它们的倒数和为目标函数,再次应用AN SY S软件中的优化模块对阻尼圆板的各层厚度进行了优化设计。通过对一块5层阻尼板的优化仿真,使得阻尼板前4阶的阻尼损耗因子较优化前有较大幅度的提高,使其在工作环境中具有更好的减振性能。

基于Hoff夹层板理论计算约束阻尼结构的结构损耗因子

利用Hoff夹层板理论研究约束阻尼结构的固有频率和模态损耗因子的计算问题。计算结果表明,利用Hoff理论计算约束阻尼结构固有频率和模态损耗因子方法具有较高的计算精度,与Ansys计算结果较为接近,可用于约束阻尼结构固有频率和结构损耗因子计算。

约束阻尼结构的模态损耗因子计算的一种修正方法

利用Reissner夹层板理论研究了约束阻尼结构的固有频率和模态损耗因子的计算。由于Reissner理论的基本假定简化较多,计算精度相对较低,因此,对该约束阻尼结构固有频率和模态损耗因子的计算方法进行了修正。其计算结果与Ansys计算结果较为接近。计算结果表明:利用修正后的计算方法具有较高的计算精度,可用于约束阻尼结构固有频率和模态损耗因子计算。

基于改进优化准则法的自由阻尼结构动力学拓扑优化

针对自由阻尼结构拓扑优化问题,采用模态应变能的有限元求解方法,以单元相对密度值为拓扑设计变量,以材料用量和频率改变量为约束条件,构建以多模态损耗因子加权和为目标函数的拓扑优化模型,推导了目标函数对于设计变量灵敏度的表达式。考虑到常规优化准则法用于结构动力学寻优时,目标函数存在非凸性,迭代过程中出现负值设计变量,使得优化结果不收敛或陷入局部优化,故在一般优化准则法的基础上对拓扑优化模型进行数学意义上的迭代改进。改进优化准则法解决了设计变量出现非正及迭代发散等问题,保证了全体拓扑变量参与迭代过程。通过ANSYS编程对自由阻尼板进行了仿真,并引入MAC因子来控制结构的振型跃阶,结果显示:改进算法在控制阻尼材料体积为优化前体积60%时,各阶目标函数和拓扑构型在数次迭代后趋于稳定,单元中间密度值区域相对较少,自由阻尼结构获得了有效的减振。

约束阻尼结构的双向渐进拓扑优化

针对约束层阻尼板的拓扑优化问题,以模态损耗因子最大化为目标函数,约束阻尼材料体积分数为约束条件,建立了约束阻尼板的拓扑优化模型。基于模态应变能方法,推导了目标函数对设计变量的灵敏度。采用双向渐进优化算法(BESO)对约束阻尼材料的布局进行了拓扑优化,获得了约束阻尼材料的最优拓扑构型,并与渐进优化算法(ESO)进行了比较。研究结果表明:双向渐进优化算法相比渐进优化算法,获得的模态损耗因子更高,阻尼减振效果更好。

粘弹结构模态损耗因子分析的修正模态应变能法

为了研究粘弹结构的阻尼特性,采用传统变形能理论建立了粘弹结构结构损耗因子的计算模型,并对相关阻尼参数进行了优化分析;通过研究传统模态应变能法与已有3种改进方法的原理及其相互关系,提出了一种新的修正模态应变能方法,新方法中修正因子随不同阶次模态损耗因子的幅值而变化。以一种四参数原型系统为依据,通过对4种模态应变能法的误差分析表明新修正方法对结构损耗因子与固有频率的计算误差最小;选取两个算例,通过对结构损耗因子与固有频率采用修正模态应变能法、变形能法、传统模态应变能法及相关文献有限元法的计算结果表明:修正模态应变能法可以满足工程设计的要求,且计算误差最小;修正模态应变能法可为粘弹结构阻尼特性与结构设计及改进等领域的研究提供一定的理论参考。

出海管路系统的噪声振动及声辐射

采用统计能量分析方法 ( SEA) ,通过一定的简化 ,建立了出海管路系统声传播和管口声辐射的简单 SEA理论模型 ,分析了在平稳随机噪声激励下通海管路系统各组成结构的能量分布和管口声辐射功率 ,并研究和对比了不同管道几何参数情况下的管口辐射噪声 .实验结果与其他数值分析方法所得结果较为吻合 .

附加自由阻尼板阻尼材料降噪拓扑优化

对附加自由阻尼的板件结构,考虑粘贴阻尼材料前后,中性面位置的变化,利用Matlab编程建立自由阻尼板有限元模型,并利用Rayleigh积分法推导了薄板结构的辐射声压表达式;以辐射声场内某点的声压最小为目标,阻尼材料的体积为约束条件,建立拓扑优化模型。以悬臂板结构为例,编写了拓扑优化程序,利用渐进结构优化算法,获得了阻尼材料的最优布局,并与以模态损耗因子最大为目标的拓扑优化结果进行了对比。结果表明:在主要关注目标是结构的声学性能时,直接以声压为目标的优化方法比以模态损耗因子最大为目标的优化方法更有针对性,效果更好。利用实验对仿真结果进行了实验验证。

约束阻尼板的渐进法结构减振拓扑动力学优化

旨在为结构减振设计奠定一定基础,研究约束阻尼板减振优化问题。建立约束阻尼板动力学平衡方程,推导模态损耗因子计算模型。构建以模态损耗因子最大为目标,黏弹性材料用量及模态频率变动最小为约束的阻尼板拓扑优化数学模型,推导模态损耗因子灵敏度算式。引入渐进结构优化方法对约束阻尼板动力学优化模型进行求解,采用独立网格滤波技术,解决优化迭代中出现的棋盘格问题。编制阻尼板拓扑优化程序,实现约束阻尼板减振优化。仿真显示,与非优化删除方法相比,采用渐进拓扑动力学优化,更有利于实现黏弹材料优化布局,且模态频率变化比较稳定。对阻尼结构进行谐响应分析,以验证拓扑优化方法有效性,引入模态损耗因子体积密度指标以评价阻尼板减振拓扑优化性能。研究表明,若能实现结构模态损耗因子最大化,约束阻尼板减振效果明显。该方法对于约束阻尼板设计具有较强实用性,拥有较高的稳定性。

车内噪声统计能量分析预测与试验

阐述了统计能量分析方法的基本原理,利用统计能量分析(SEA)方法将某国产轿车划分为41个子系统,建立了国产某轿车三维实体模型。用解析方法计算了各形状规则子系统的输入参数,采用导纳法对复杂结构子系统的模态密度进行测试,利用稳态能量流方法测量了复杂结构的内损耗因子。计算了结构-结构、结构-声腔以及声腔-声腔间的耦合损耗因子。通过试验测量了动力总成振动和路面随机输入对车身的激励,并在消声室内对发动机舱声激励进行了测试,建立了被试轿车的CFD模型,对车外风激励进行了仿真计算。在上述研究工作的基础上,建立了该轿车的SEA模型,分析预测了车内噪声的1/3倍频程频谱,并与试验结果进行了比较,证实了本文所建统计能量分析模型的可信性。结果表明,所建立的SEA模型能够满足工程上在汽车产品开发设计阶段对车内中高频噪声分析预测要求。

SIMP插值的约束层阻尼结构拓扑优化

针对约束层阻尼结构拓扑优化问题,采用SIMP插值模型和变密度方法,构建了以模态损耗因子为目标函数,约束阻尼材料用量为约束条件的拓扑优化模型。推导了模态损耗因子对设计变量的灵敏度表达式。采用优化准则法,计算了约束层阻尼的最优拓扑构型,给出了拓扑优化计算的流程。结果表明:采用该拓扑优化方法对约束层阻尼材料进行优化布局,能在减少阻尼材料用量的前提下,显著提高结构模态损耗因子,降低频率响应幅值。

计算粘弹结构动力学参数的新模态应变能方法

粘弹结构在噪声与振动控制领域已得到广泛应用,然而准确地计算粘弹结构的动力学参数一直存在困难,模态应变能法及其修正方法常用作近似计算。在分析模态应变能方法和已有修正方法的原理及其相互关系的基础上,提出一种基于损耗因子幅值的新模态应变能方法,用于计算粘弹结构的损耗因子与固有频率。新方法的修正因子随粘弹结构对应模态阶次损耗因子幅值变化。取可等价为粘弹性夹层梁/板的四参数原型系统和新型高阻尼航天载荷隔振器为算例,通过与已有方法的对比分析了新方法的准确性。