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。

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。

弹性机构振动被动控制中模态损耗因子的确定

针对组成弹性机构的特点，给出了一种描述组成弹性机构的２节点８自由度约束阻尼平面刚架单元的形函数，建立了含大阻尼材料时弹性机构的动力学方程，基于此研究了弹性连杆机构模态损耗因子的预测问题。文中方法概念清晰、计算简单、预测可靠。可用于解决阻尼处理中的机构结构参数的优化设计问题。

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。

黏弹性层合悬臂薄壁圆柱壳的模态特性研究

基于薄壳理论和黏弹性理论,得出了黏弹性层合悬臂薄壁圆柱壳模态特性的半解析解.根据乐甫薄壳理论,建立了基层和黏弹性阻尼层薄壁圆柱壳的一阶状态微分方程,结合黏弹性阻尼层的变形协调关系和层间作用力关系,利用传递矩阵法得出了整体结构的传递矩阵,采用高精度的精细积分法得出了固有频率、模态损耗因子和三维模态振型,最后通过有限元法进行了比较,通过算例验证了传递矩阵法对黏弹性层合薄壁圆柱壳模态特性研究的有效性.

基于模态应变能的汽车地板自由阻尼材料布置

依据模态应变能理论确定了模态损耗因子与阻尼层厚度的直接关系,以及汽车地板结构模态应变能的分布情况。提出了一种基于模态应变能的阻尼材料不等厚布置方案,该方案与阻尼材料等厚布置方案相比,拥有较高的减振降噪效果,提高了阻尼材料的利用率。

带干摩擦接触的叶根模态阻尼分析方法

发展了一种叶根模态阻尼分析方法,针对叶根干摩擦问题,采用带接触的叶根高保真模型,基于能量耗散原理来进行模态阻尼的计算,此方法主要分为三部分:①在ANSYS有限元软件中采用可描述面与面间摩擦接触交互作用的接触单元,建立带干摩擦接触的叶根高保真模型;②对其进行模态分析,并在瞬态分析模块中对局部叶根模型进行简谐作用下的强迫振动模拟及求解;③根据叶根接触面微滑移下干摩擦产生的耗散能,计算获取模态损耗因子。该方法可以对不同振型下带叶根干摩擦阻尼叶片的模态损耗因子进行预测分析。通过带接触面的真实叶根模型对该方法进行了验证,并分析了不同振型下振幅、转速、摩擦因数以及法向和切向接触刚度对模态损耗因子的影响。

带干摩擦接触的叶根模态阻尼分析方法

发展了一种叶根模态阻尼分析方法,针对叶根干摩擦问题,采用带接触的叶根高保真模型,基于能量耗散原理来进行模态阻尼的计算,此方法主要分为三部分:在ANSYS有限元软件中采用可描述面与面间摩擦接触交互作用的接触单元,建立带干摩擦接触的叶根高保真模型;对其进行模态分析,并在瞬态分析模块中对局部叶根模型进行简谐作用下的强迫振动模拟及求解;根据叶根接触面微滑移下干摩擦产生的耗散能,计算获取模态损耗因子。该方法可以对不同振型下带叶根干摩擦阻尼叶片的模态损耗因子进行预测分析。通过带接触面的真实叶根模型对该方法进行了验证,并分析了不同振型下振幅、转速、摩擦系数以及法向和切向接触刚度对模态损耗因子的影响。

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.

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。

电流变液夹层梁的动力学分析

将电流变材料处理为粘弹性材料 ,采用了线性粘弹性理论 ,基于夹层梁动力学分析方法 ,利用广义Hamilton原理 ,推导了电流变层合梁的动力学方程。在此基础上 ,研究了具有简单的边界条件夹层梁的动力学特性 ,得出了在外加电场作用下 ,电流变层合梁模态频率和模态损耗因子都随着电场的增大而增大 ;电流变层合梁的低阶模态损耗因子变化趋势大于高阶模态损耗因子的变化趋势 ;在同样的电场 (或电压 )作用下 ,层合梁的低阶模态损耗因子大于高阶模态损耗因子。这些结论表明了电流变层合梁在外加电场作用下 。

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 。

约束阻尼结构的改进准则法拓扑减振动力学优化

旨在为减振设计提供理论基础,研究约束阻尼结构拓扑动力学优化。以阻尼材料用量、振动特征方程、模态频率为约束,以多模态损耗因子倒数的加权和最小为目标,建立了约束阻尼结构拓扑优化模型,引入MAC因子控制结构的振型跃阶。在引入质量阵惩罚因子基础上推导出优化目标灵敏度。考虑到优化目标函数的非凸性,采用常规准则法(OC)寻优可能会使拓扑变量出现负值或陷入局部优化,故引入数学规划移动渐近技术对OC法进行改进,从而将全体拓扑变量纳入改进算法的优化迭代全过程。编程实现了约束阻尼板改进OC法拓扑动力学优化并对改进法性能进行了仿真。结果显示,改进算法可得到更合理的约束阻尼层构形,可使结构取得更佳减振效果。研究表明,改进算法迭代稳定性更好、寻优效率更高、更具全域最优性。

基于粘弹性阻尼层随机性的自由阻尼层板的振动和阻尼分析

本文基于粘弹性阻尼层的随机性用MonteCarlo直接抽样法对自由阻尼层板的振动和阻尼进行了分析研究。分析中随机变量取正态分布。针对不同的阻尼层厚度分别考察了复弹性模量的实部、虚部、材料的损耗因子的影响。考察了整体性和局部单元性阻尼层厚度的影响。结果表明 ,粘弹性材料弹性模量的随机性对结构固有频率的影响不大 ,对模态损耗因子影响较大 ;不论是整体的还是局部单元的 ,阻尼层厚度的随机性对模态损耗因子的影响很显著。因此粘弹性阻尼层的随机性对抑制结构共振响应和声辐射的影响是较大的。阻尼层厚度局部单元随机性的影响表明了对阻尼结构采用随机分析的必要性。

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。

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。