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。

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。

主动约束层阻尼振动控制技术现状及展望

本文在建模、控制策略、系统实现和应用等多方面对主动约束层阻尼振动控制技术的历史、现状进行了分析 ,指出了实施主动约束层阻尼振动控制技术继续发展的技术及待解决的问题。

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。

约束层阻尼板的有限元建模研究

粘弹性材料（VEM）的本构关系随频率和温度的变化而变化，对粘弹结构难以进行动特性分析及控制研究。基于Hamilton原理，给出了一种建立约束层阻尼（CLD）板动力学方程的新建模方法，建模时，考虑到VEM的纵向位移影响，并引入虚拟自由度，导出了标准二阶定常线性系统模型，从而避免因粘弹性材料导致的高阶非线性方程。采用GHM方法描述VEM的本构关系，它能直接与有限元法融合。算例分析了夹芯层为ZN—1型粘弹性材料的CLD悬臂板的动态特性，并与相关文献中的计算及试验结果进行比较，计算结果更加准确，表明新建模方法是准确的。

激光冲击约束层和吸收层的研究

为提高激光冲击效果,并提高生产效率,分别使用改进配方后的黑漆涂层配合水约束层和柔性贴膜技术对奥氏体不锈钢进行激光冲击试验,对冲击后的硬度和残余压应力进行分析比较。结果表明改进后的吸收层有更好的防护能力,且与水约束层配合可连续冲击,柔性贴膜技术提高了约束效果。

被动约束层阻尼圆柱壳振动和阻尼分析的一种新矩阵方法

基于线弹性薄壳理论和线粘弹性理论,考虑粘弹性层的剪切耗能作用和各层间的相互作用力,导出了被动约束层阻尼层合圆柱壳在谐激励作用下的一阶常微分矩阵控制方程.然后,借助作者提出的齐次扩容精细积分技术建立了一种新的矩阵方法,并利用该方法研究了层合圆柱壳的振动特性和阻尼特性.该方法与已提出的以位移及其导数作为状态向量的传统传递矩阵法的根本区别在于,控制方程中的状态向量中包含了层合壳的全部位移和整合内力变量,因此,可以方便地适用于各种位移和内力边界条件以及部分环状覆盖约束层阻尼圆柱壳的动态分析.数值算例与解析解和有限元解的结果比较有力说明了该方法的正确性和有效性.

基于传递函数方法的约束层阻尼梁动力学分析

主要采用传递函数方法对约束层阻尼梁进行动力学分析。首先应用Ham ilton原理推导出梁的六阶微分方程和边界条件,然后引入状态向量,使用分布参数传递函数方法建立系统的状态空间方程,得到了系统的固有频率、损耗因子和频响曲线。算例的计算结果和相关文献比较,吻合良好,表明该方法的正确性。且传递函数方法计算简捷,无需求解复杂变系数的微分方程组,更适宜分析粘弹性材料力学性能随频率变化的结构动力学问题。

约束层阻尼板动力学问题的传递函数解

采用传递函数方法对约束层阻尼板进行了动力学分析。使用Hamilton原理得到了约束层阻尼板的运动方程和边界条件,对未知位移进行级数展开,引入状态向量,使用分布参数传递函数方法建立系统的状态空间方程进行求解,分析了四边简支板的自由振动和频率响应问题,得到了板的固有频率、损耗因子和频响曲线。算例的计算结果与NASTRAN计算结果相比吻合良好。

主动约束层阻尼板的振动控制研究

研究局部附加主动约束层阻尼 (activeconstrainedlayerdamping ,ACLD)结构板的振动控制问题。基于Hamilton原理 ,提出一种新的建立主动约束层阻尼板动力学模型的方法 ,同时给出一种用于确定粘弹材料GHM (Golla Hughes Mctavish)模型参数的优化问题。采用GHM方法描述弹性材料的本构关系 ,将粘弹性材料的动力特性描述与工程上最常用的有限元分析结合起来 ,推导得到ACLD结构的动力学方程为标准二阶定常线性系统方程。应用LQR控制理论进行结构振动控制仿真 ,结果表明 ,本文给出的新建模方法是准确可靠的 ,ACLD结构能够有效抑制结构振动。

激光冲击成形约束层性能的研究

概述了激光冲击成形领域中约束层性能的发展动态;分析了约束层材料的厚度、密度、透光率、声阻抗、刚度、羟基—OH含量、各向物理性能等对激光冲击成形的影响。认为约束层性能是制约激光冲击成形效果的决定性因素。指出了应用于激光冲击成形的理想约束层性能,并提出约束层的制作工艺性这一概念,强调解决约束层的制作工艺性是目前激光冲击成形领域走向应用的关键。

激光冲击自由约束层理论厚度及实验研究

针对激光冲击强化应用技术中的自由表面约束层厚度的问题 ,研究了涂层气化、爆炸形成的高强度冲击压力、自由约束层与涂层之间的粘着力和约束层本身性能之间的关系 ,推导了自由约束层的最佳理论厚度———既能获得最佳冲击强化效果 ,又可达到一次性高效安全地自清除自由约束层的目的 。

约束层阻尼圆柱壳动力学分析

采用分布参数传递函数方法对约束层阻尼(CLD)圆柱壳进行了动力学分析。基于Donnell薄壳简化理论,利用Hamilton原理推导了CLD圆柱壳运动方程与边界条件。在进行了三角级数展开和Laplace变换后,引入状态向量,建立了系统的状态空间方程,并利用分布参数传递函数方法进行求解。在数值算例中得到了对边固支CLD圆柱壳的固有频率、损耗因子和频响曲线。计算结果表明该方法具有计算精度高、计算量小、便于考虑阻尼层粘弹性材料频变剪切模量等优点。

约束层阻尼短圆柱壳拓扑优化分析及实验研究

针对约束层阻尼短圆柱壳拓扑优化问题,采用基于模态应变能法的渐进结构优化算法(ESO),引入独立网格滤波技术,通过灵敏度分析,用ANSYS的参数化设计语言APDL编写拓扑优化程序,获得一定约束层阻尼材料用量的约束层阻尼最优拓扑构形,并对约束层阻尼材料的优化布局进行实验验证。研究表明该拓扑优化方法正确,用于短圆柱壳约束层阻尼材料布局优化具有较强的工程实用性。

约束层阻尼夹芯板动态特性分析

本文给出了新的建立约束层阻尼薄板动力学模型的方法。粘弹性材料的本构关系随温度和频率变化,难以对粘弹结构进行动特性分析及控制研究,本文采用GHM方法描述弹性材料的本构关系,将粘弹性材料的动力特性描述与工程上最常用的有限元分析结合起来,建立了悬臂约束层阻尼板的动力学模型,计算了约束层阻尼夹芯悬臂板的模态参数,计算结果同其它方法相比,精度高且更接近于实验结果,同时与ANSYS5.5及NASTRAN70.7的计算结果基本一致,表明本文给出的方法是准确可靠的。

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。

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．

约束层阻尼梁的有限元分析

将粘弹性材料的动力特性描述与工程上最常用的有限元分析结合起来 ,采用 GHM方法描述弹性材料的本构关系 .进行有限元分析时 ,考虑到粘弹性材料轴向位移的影响 ,并引入耗散自由度 ,导出了标准二阶定常线性系统模型 ,从而避免因粘弹性材料导致的高阶非线性方程 .算例的计算结果与相关文献中的计算及试验进行比较 ,吻合良好 .表明该方法切实可行 ,计算简捷 ,而且可用于主动控制 ,以便开发出既有被动约束层阻尼控制的高鲁棒性、可靠性 ,又有主动控制的高效性。

局部覆盖约束层阻尼梁动力学问题的解析解

采用传递函数方法对局部覆盖约束层阻尼梁进行了动力学分析。由Hamilton原理导出了约束层阻尼梁的运动方程和边界条件,经Laplace变换后引入状态向量建立了系统的状态空间方程,由边界条件和连接条件共同构成的定解条件,利用传递函数方法求解方程得到了系统的固有频率、损耗因子和频响曲线。算例计算结果与相关文献或NAS-TRAN计算结果吻合良好,验证了传递函数方法的有效性和精确性,且本文方法更适合于阻尼层粘弹性材料采用随频率变化的复模量模型的情况。同时还讨论了约束层阻尼的位置和覆盖率对系统固有频率和损耗因子的影响,为今后的优化研究奠定了基础。

约束层阻尼结构降噪性能的测试分析

约束层阻尼作为表面阻尼的一种方式,通常用于解决金属板状结构的振动和噪声问题。目前,通常采用阻尼材料的损耗因子、储能模量来评估材料的减振性能,但是这种方法不能直接有效地评估阻尼材料在实际应用中的所获得的减振降噪的效果。采用正弦扫描和类白噪声随机振动激励激振简支梁的方法,通过分析响应数据来表征约束层阻尼的减振降噪效果。