结构阻尼时域本构模型及其应用

阻尼合金作为一种新型结构功能材料在不少领域已获应用,由于其阻尼值较大且随频率呈复杂变化关系,传统的线性粘性阻尼理论或经典的非频变结构阻尼理论难以精确地描述其耗能行为。本文应用粘弹性阻尼理论,根据阻尼合金储能模量和损耗因子在频域的实测数据,应用最优化方法拟合出标准线性体模型中的本构参数;根据积分形式的三参量本构关系和变形体虚功原理,推导出了有限元形式的动力学方程;讨论了三参数初值的选取;对包含卷积积分的有限元动力学方程通过数学推导将其化为三阶线性微分方程组,再转化为标准状态变量方程,应用数值求解。数值计算实例证明了所提方法的正确和有效性。

常Q滞弹性介质地震波动数值模拟--时域本构优化逼近

在地震波动模拟中计入常Q滞弹性阻尼,可有效降低模拟波形的误差.就时域有限差分和有限元模拟而言,常基于广义标准线性体建立阻尼介质的时域本构逼近.广义标准线性体由若干标准线性体并联得到,增加标准线性体个数能有效提高模拟精度,但计算量及计算存储将成倍增长.目前尚未有普适的标准线性体个数优化取值方案.本文基于广义标准线性体参数的非线性优化拟合方法,详细分析了时域本构逼近误差的影响因素,清楚揭示了逼近误差仅取决于频带宽度,与频带上下限取值无关这一特性,阐明了构建具有普适性标准线性体个数优化取值方案的可行性.论证了波形模拟精度主要取决于波传播距离与模拟波长的比值以及标准线性体的个数取值.综合考虑上述两个控制因素,结合在波动正反演问题中广为采纳的波形时频误差衡量准则,对不同Q值介质给出了标准线性体个数优化取值表.进一步,本文提出采用不同个数标准线性体以近似不同Q值的阻尼介质时域本构,解决了以往波动数值模拟中统一采用相同个数标准线性体而导致的计算量及计算存储浪费或模拟精度低下等问题,并基于数值实验验证了这一方法的精度.本文工作对推进滞弹性介质波动数值模拟及其在全波形反演问题中的应用具有理论价值和实践意义.

五参量结构阻尼模型及其在弹性机构动力学中的应用

将阻尼合金视为粘弹性材料,利用五参量本构关系来描述阻尼合金材料的应力应变关系。在试验的基础上, 利用优化算法拟合出本构关系式中的五个参量。导出了以五参量表示阻尼和刚度特性的单元运动微分方程。为便于计算,将包含卷积运算的微分方程转换成一个四阶微分方程,进而装配出含有阻尼合金构件的弹性连杆机构的系统动力学方程。利用状态空间法对导出的高阶时变微分方程组进行了数值求解。计算实例结果表明所提模型是正确、有效的。