主动约束层阻尼梁结构复杂耦合振动的多层谱有限元法

针对全主动约束层阻尼(ACLD)覆盖的梁结构复杂耦合振动特性,采用一种新型的多层谱有限元法(MLSFEM)进行研究.该方法的特点是可避开采用谱有限元法时须求解带未知参数的高阶特征方程的困难,同时又保持谱有限元法使用很少单元却高精确度的优点.对典型算例使用该法的计算结果与采用谱传递矩阵法(STMM)获得的相应精确结果作了比较,证实了MLSFEM用于ACLD梁结构的有效性与精确性.还分别采用位移负反馈和速度负反馈两种控制策略,研究控制增益与ACLD梁结构动力特性之间的关系.结果表明,两种反馈控制策略对ACLD梁结构动力特性有着显著不同的影响.

主动约束层阻尼梁结构的应力连续模型

考虑到较厚的阻尼层内高阶剪切效应不应忽略,使用Reddy的三阶位移场描述阻尼层的纵向位移,使得在分界面上不仅位移连续,而且应力连续,从而提出ACLD结构的一种新模型"应力连续模型"。在此基础上,使用谱有限元法(SFEM)对ACLD梁结构进行力学建模和数值模拟,并与传统Mead-Markus模型结果进行了比较。研究表明,应力连续模型在固有频率和模态损耗因子预测上优于传统Mead-Markus模型。

智能约束层阻尼结构动力学建模及振动主动控制研究

基于耗散坐标与GHM(Golla-Hughes-Mctavish)模型建立智能约束层阻尼悬臂梁结构的动力学模型,并研究智能约束层悬臂梁结构的振动主动控制。针对结构模型自由度过高问题,分别在物理空间和模态空间对结构模型进行联合降阶处理。先通过具体算例验证了该研究建模方法的正确性,然后比较研究了压电片和黏弹性层铺设位置对系统振动控制效果和控制成本的影响。最后验证了结构简化模型的普遍适用性。研究结果显示,在控制器反馈增益相同的条件下,压电片和黏弹性层的位置越靠近固定端,系统控制效果越好,控制成本越小。简化的模型对含有噪声的输入信号也有较好的控制效果。

敷设约束阻尼层的工字梁振动特性研究

本文提出了一种计算带约束阻尼层梁振动响应的方法。以工字梁为研究对象,开展了室内振动试验,测得了不同位置的振动响应。并基于有限元法同步建立了数值仿真模型,利用模态应变能法准确计算了结构的自振频率和模态损耗因子。基于上述结果,利用模态叠加法进行谐响应分析,得到了约束阻尼层工字梁的振动响应结果。将振动响应的实测值与仿真值进行对比,验证了模型的准确性。分析了设计参数(阻尼层厚度、约束层厚度)对构件自振频率、模态损耗因子及加速度总振级的影响。研究结果表明:各板件的振动响应有着相似的变化规律,腹板加速度总振级最大,底板次之,顶板最小;总体上阻尼层厚度对工字梁前5阶自振频率影响不大,而随着约束层厚度的增大,构件前5阶自振频率先减小后增大;增大阻尼层厚度和约束层厚度都能持续增大构件的模态损耗因子,进而有效降低加速度总振级,且对腹板的减振效果好于顶板和底板。

粘弹性约束阻尼层结构的动力学性能研究

研究粘弹性约束阻尼层结构(简称约束阻尼层结构)的动力学性能。结果表明:丁基橡胶可以较好地应用于约束阻尼层结构的阻尼层材料;约束阻尼层结构可以有效降低50~2050 Hz范围内共振频率处的振动,同时共振频率向低频移动;随着阻尼层材料的损耗因子、储能模量和厚度的增大,约束阻尼层结构的结构损耗因子增大,振动衰减效果明显;约束阻尼层结构的振动衰减的仿真结果与试验结果一致。本研究可为约束阻尼层结构的设计和优化提供参考。

主动约束层阻尼梁的有限元建模及模型简化

将有限元方法与粘弹性材料的GHM模型相结合 ,从而避免因粘弹性材料导致的非线性微分方程。为进一步设计控制器 ,先在物理空间通过迭代进行动力缩聚 ,将系统降至适当的维数 ,然后在状态空间用鲁棒降阶的方法进一步降阶。这样能使降阶后的系统既可观性 ,又可控性。

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。

主动约束层阻尼悬臂梁的有限元分析及实验研究

针对具体实物模型 ,采用微振子模型描述粘弹性材料的剪切模量随频率变化的特性 ,采用有限元方法进行分析 ,提出了一种全新的降阶方法 ,使得最后的降阶模型不仅维数远小于初始有限元模型 ,而且可观、可控 ,能直接用于控制器设计。采用模态实验验证有限元模型 ,在此基础上 ,设计出合适的控制器 ,进行实时控制实验研究 ,结果表明 。

主动约束层阻尼板结构动力学建模研究

将有限元法和GHM法相结合 ,给出了建立主动约束层阻尼 (ACLD)板结构动力学模型的新方法。建模时 ,考虑到粘弹材料 (VEM )的纵向位移影响 ,采用GHM方法描述VEM的本构关系 ,解决了VEM的力学特性随温度和频率变化的难点 ,避免因VEM的复杂本构关系而产生的微分积分方程。算例表明本文给出的建模方法是准确的 ,A CLD结构能够有效控制结构振动。

新型带槽扩展层约束阻尼梁结构的建模与仿真

在普通约束阻尼梁结构的基础上提出了一种新的带槽扩展层约束阻尼梁,扩大了阻尼层到基层的距离。另外由于带槽扩展层的剪切刚度可视为无穷大,对原结构的弯曲刚度没有大的影响,并且大大增加了阻尼层的剪切变形,因此极大地增加了阻尼层的剪切耗能量。笔者用工程中常用的有限元法以及ANSYS建立了梁结构的振动模型,得到了梁的谐频响应曲线,并用ANSYS进行了模态分析,利用模态应变能法求解了普通约束阻尼结构和此种新型带槽扩展约束阻尼结构的结构损耗因子,初步验证了此种新结构良好的减振效果。

主动约束层阻尼梁的数值模型

为对主动约束层阻尼结构建立精确完善的数学模型 ,采用有限元建模 ,并考虑到压电材料的机电耦合效应和粘弹性材料的本构关系随温度、频率的变化而变化的特点 ,将有限元方法与粘弹性材料的 GHM模型相结合 ,从而避免因粘弹性材料导致的非线性微分方程 ,能直接求解模态频率、模态阻尼及结构响应。为进一步设计控制器 ,先在物理空间进行动力缩聚 ,将系统降至适当的维数 ,然后在状态空间用鲁棒降阶的方法进一步降阶。这样既能大大降低系统维数 ,又能保证降阶后系统稳定、可控、可观。这对于重量轻、柔度大。

主动约束层阻尼杆结构纵振的多层谱有限元法

针对主动约束层阻尼(ACLD)覆盖的杆结构的纵向振动,采用一种新型的多层谱有限元法(MLSFEM)进行研究.该方法能避开使用谱有限元法(SFEM)须求解带未知参数的高阶特征方程以形成动力形状函数的困难,同时又保留SFEM仅用很少单元却精度高的优点.采用MLSFEM的典型算例表明,该方法比有限元法(FEM)更有效、精确.此外,研究了不同控制策略对悬臂ACLD杆结构频响函数的影响.

含主动约束阻尼悬臂梁两种减振机理的模拟

以部分贴敷主动约束阻尼(active constrained layer damping,简称ACLD)悬臂梁为对象,研究了其所包含的两种减振机理的模拟方法。首先,通过分析ACLD结构的受力及变形,描述了ACLD减振中所包含的黏弹性层剪切耗能和压电层反相阻滞作用两种减振机理;其次,将黏弹性剪切变形体现在形函数中,再结合压电方程与力学公式推导出压电阻滞力,创建了包含两种减振机理的ACLD处理复合梁的动力学模型;最后,通过组建的ACLD悬臂梁减振实验系统对仿真分析结果进行了验证,同时对比分析了仅包含被动约束阻尼或压电反相阻滞单一减振机制以及ACLD处理时复合梁的时域响应。结果表明:仿真计算与实验值的最大偏差为18.6%,证明了所创建的包含两种减振机理分析模型的合理性;ACLD由于同时包含两种减振机理,其减振效果要优于单一的振动控制方法。

子空间辨识方法在主动约束层阻尼筒形结构建模中的应用

通过以系统输入、输出的随机响应采样值为依据的子空间辨识方法获取系统的模态参数和空间状态方程.在辨识过程中分别根据输入/输出信号和输出信号进行辨识,并利用实验测试数据验证模型的精度.辨识和实验结果比较表明,此方法能够得到多自由度系统较精确的状态空间模型,为振动控制器的设计提供了一个精确的控制模型.

层叠式聚偏氟乙烯主动约束层阻尼与圆柱壳结构的振动控制

设计一种层叠式聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)主动约束层阻尼结构,将其应用于圆柱壳结构,采用Hamilton变分原理,导出局部附加层叠式PVDF主动约束层阻尼(ALCLD)圆柱壳的振动控制方程。给出层叠式PVDF主动约束层作动力的解析表达式,对两端简支圆柱壳的振动控制进行模拟。研究表明,层叠式PVDF主动约束阻尼层结构产生的作动力与PVDF层数成正比,控制电压相同时,增大主动约束层层数和粘接层厚度,可以有效地增大作动力,显著提高振动抑制效果。研究发现,粘贴在壳曲面上的主动约束层能够在径向产生大的作动力,这对壳曲面面外的振动控制非常有利。

主动约束层阻尼结构的一种新模型

提出一种主动约束层阻尼结构的新力学模型。该模型假定阻尼层既横向剪切变形又横向拉压变形,主动约束层和基层存在不同的横向位移。使用有限元法建立主动约束层阻尼梁的动力学方程,并针对典型算例进行数值计算。与传统模型比较发现:粘弹性层的横向拉压变形不但会影响系统的动态特性,而且会降低压电层的主动控制作用。研究表明,粘弹性层横向压缩变形不应忽略。

主动约束层阻尼薄板有限元建模及振动控制

为了解决薄板结构在应用于各个工程领域所产生的振动过大问题,以主动约束层阻尼(active constrained layer damping, ACLD)薄板结构作为研究对象,进行振动控制研究。首先,构造4节点28自由度单元对该结构进行离散,其中黏弹性层采用复常数剪切模量本构模型,引入等效Rayleigh阻尼表示基层的阻尼,通过Hamilton原理推出了ACLD薄板结构的动力学模型;其次,针对建立的动力学模型自由度过大的问题,采用物理空间下动力缩聚和状态空间内平衡联合降阶保证模型具有良好可控性和可观性;最后使用最优二次型LQR(linear quadratic regulator)控制对系统进行振动控制。研究结果表明,该文建立的有限元模型在不同边界条件、覆盖方式不同情况下仍然具有有效性,使用联合降阶法后模型依旧能够准确、可靠的表述原系统动态特性。在脉冲激励和带限白噪声下依旧能够抑制系统振动。

主动约束层阻尼板结构动力学建模

基于板壳理论、压电理论和粘弹性理论,对由基板层、粘弹阻尼层和压电约束层组成的3层复合主动约束层阻尼板结构的动力学建模进行了研究。在对主动约束层阻尼(active constrained layer damping,简称ACLD)板结构进行有限元划分的基础上,建立7自由度平面矩形ACLD板单元,利用拉格朗日方法建立结构动力学方程。建模过程中利用GHM方法描述粘弹性材料(viscoelastic material,简称VEM)的本构关系,与有限元法结合并极大简化粘弹结构的力学建模问题。对经典算例的计算与仿真表明,提出的建模方法是准确的,ACLD结构能够有效增加粘弹阻尼层的剪切变形,增大振动能量耗散,控制结构振动。

基于主动约束阻尼层的次镜支撑结构设计

为了提高空间望远镜次镜支撑结构的动力学性能,利用主动约束阻尼层对次镜支撑结构进行了设计,主动约束阻尼层在柔性结构表面覆盖阻尼材料和压电陶瓷材料,是对柔性结构进行振动抑制的有效手段。首先建立了主动约束阻尼层的有限元模型,采用比例微分控制算法对压电陶瓷进行闭环控制,分析了阻尼材料厚度和控制增益对支撑结构阻尼特性的影响,结果表明增大阻尼层厚度或增大控制增益能够提高结构阻尼特性,但增大阻尼层厚度同时也会降低压电陶瓷的驱动性能。对空间望远镜整体结构的分析结果显示,覆盖主动约束阻尼层后支撑结构的固有频率会略微降低,但是次镜位置的频率响应明显下降,次镜的面型精度也有提高。

主动约束层阻尼结构振动控制试验研究

基于主动约束层阻尼结构及独立模态振动控制方法 ,利用压电驱动器 /传感器和粘弹性材料与薄板构成的复合层压阻尼结构 ,在理论研究的基础上 ,对一悬壁板结构进行了试验研究 ,给出了部分试验研究结果 ,分析总结了主动约束层阻尼结构的主要优缺点。