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。

自由阻尼结构对阻尼峰移动的影响

通过对ＳＤＲ－２２－２型阻尼材料复合前后阻尼性能的测试，并用数学优化法对测试数据进行计算机模拟处理，建立了曲线和拟合方程。讨论了自由阻尼结构形式和不同的厚度比对阻尼峰移动的影响。

垫高层开孔直径对垫高自由阻尼结构减振性能的影响研究

为改善垫高自由阻尼结构的减振性能,降低结构质量,对垫高层进行开孔处理,并与基层和阻尼层黏结,制备带孔垫高自由阻尼悬臂梁。采用动态热机械分析法(DMA)分析了橡胶阻尼层材料和聚氨酯泡沫垫高层材料的动态力学性能,并且运用开孔垫高自由阻尼悬臂梁振动测试与ANSYS有限元模拟相结合的方法,分析垫高层开孔直径对带孔垫高自由阻尼悬臂梁的复合损耗因子、振动响应峰值以及模态频率的影响规律。结果表明:垫高层开孔直径从6 mm升至18 mm的过程中,悬臂梁的复合损耗因子先升高后降低,最高提升了11.8%,振动响应峰值和模态频率先下降后上升,最高分别提升了35.3%、5.09%。其中开孔直径为9 mm的试样减振效果最好,其一阶复合损耗因子为0.05848,振动响应峰值为4.26 m/(s^(2)·N),一阶模态频率为10.7 Hz。

附加自由阻尼板高频振动响应的能量流模型

为了预示自由阻尼结构(free layer damping,FLD)的高频振动响应,将复刚度法与能量流分析(energy flow analysis,EFA)理论相结合,推导了大阻尼条件下高频振动自由阻尼板的能量密度方程。分析了阻尼交界面处的能量传递关系,利用耦合结构的能量流分析方法推导了局部附加阻尼处理的薄板结构的能量密度方程。基于上述能量密度方程,构建了完全/局部自由阻尼板的能量有限元法(energy finite element method,EFEM)模型,求解了阻尼层合结构的高频能量流响应。通过对比模态解析解与能量有限元模型的数值解,验证了所建立的自由阻尼板高频振动能量流模型的有效性。

组合参数对频变自由型垫高阻尼结构振动性能的影响

选择分数导数模型来拟合粘弹性材料的频变特性,通过Matlab与Ansys的相互调用,实现频变悬臂自由型垫高阻尼结构的仿真计算。利用模态应变能迭代法,分析附加层组合参数对系统振动特性的影响,讨论附加层厚度、附加层材料参量对前2阶模态频率和模态损耗因子的影响。分析结果表明:附加层厚度对系统阻尼特性的影响包括垫高层的增益以及阻尼层的耗能总量两方面的综合作用,附加层材料参量对系统阻尼特性的影响主要体现在垫高层弹性模量对阻尼层耗能水平的影响,而垫高层密度影响系统的附加质量,进而影响系统的模态频率,对于系统的模态损耗因子的影响很小。

自由阻尼层结构阻尼材料配置优化的拓扑敏度法

提出阻尼胞单元和阻尼拓扑敏度等概念 ,建立了基于阻尼拓扑敏度综合评价的阻尼材料拓扑优化准则 ,并用于自由阻尼层结构振动控制中阻尼材料的配置优化。建立待控结构阻尼材料布局的拓扑基结构 ,计算各单元的阻尼拓扑敏度。再建立考虑重量目标及结构频响峰值约束的阻尼材料配置拓扑优化模型。根据所提出的阻尼材料拓扑优化准则 ,求解上述配置优化问题 ,确定阈值和各单元拓扑值。并用若干典型结构算例 ,验证所提出方法的正确性 。

粘弹性阻尼板结构减振动力学特性分析与优化

在粘弹阻尼结构减振设计的研究中,针对阻尼材料与结构参数对阻尼板减振特性的影响,通过对阻尼板的动力学建模与分析,确定模态阻尼比为减振效果评析依据,并推导出阻尼板模态阻尼比计算模型;选定粘弹性阻尼悬臂板为对象,在进行有限元建模和数值分析基础上,仿真了两类阻尼结构在不同材料和尺寸的振动特性参数,分析了阻尼材料弹性模量、损耗因子、约束层与阻尼层的厚度比对结构减振特性的影响。考虑到结构的随机振动,研究了阻尼材料参数及结构参数对减振板宽频振动幅值的影响。进行仿真结果表明,约束阻尼结构比自由阻尼结构抑振效果好并阻尼材料损耗因子越大减振效果越好,为获得理想减振效果应合理配置减振结构的材料及结构参数。

阻尼层厚度对结构阻尼性能的影响

通过分析比较,选用基于模态应变能理论的有限元分析方法。首先验证了方法的精确性,对于算例,前五阶结构固有频率平均误差为0.020,模态损耗因子平均误差为0.112。进而以阻尼层厚度为变量,对被动振动控制结构的两种典型形式——自由阻尼结构和约束阻尼结构,进行动态力学性能研究,研究结果表明:阻尼层厚度从0.2 mm增加到1.5 mm,两种阻尼结构的固有频率降低,损耗因子提高;相比之下,自由阻尼结构的减振性能更为依赖阻尼层厚度,即对于较小的阻尼层厚,约束阻尼结构的减振性能更为优异。

约束阻尼结构约束材料优化选择研究

在自由阻尼结构的基础上,建立了约束阻尼结构的振动方程并对方程进行求解。对比约束阻尼结构和自由阻尼结构的振动特性,证明了附加一层约束层可大大提高结构的损耗因子。研究了约束层材料力学性能参数对结构振动特性的影响,结果表明约束层弹性模量对结构振动特性影响较大,材料优化选择的结果也与工程实际中应用的材料基本一致,研究结果可对结构阻尼减振设计时约束材料的选择提供理论支持。

阻尼材料中气泡的存在对结构阻尼性能的影响

为了研究粘弹性阻尼结构的阻尼层中的气泡对结构阻尼性能的影响,制备了两种自由阻尼层结构,其中一个阻尼层中含有较多的气泡,而另一个则基本没有气泡。对两种结构进行试验模态分析,研究比较了两种结构的阻尼比,同时还比较了两结构对应点的加速度导纳曲线和相同激励下的线性谱曲线。研究结果表明,阻尼材料中气泡的存在将会降低结构的阻尼性能。

阻尼层敷设方式对结构性能的影响

采用两种弹性模量不同的高分子材料,设计了四种自由阻尼层结构。基体钢板材质相同,阻尼层的总厚度相同。阻尼层分别采用单层同一材料和两层不同材料的形式。研究了结构的阻尼性能,发现采取分层阻尼层结构,并且将弹性模量大的材料敷设在外层时结构阻尼性能最好,依据高分子材料阻尼产生的机理,对此做了分析。研究了结构的固有频率,发现分层敷设结构的固有频率不因阻尼材料敷设顺序的改变而改变。

基于VA One船舶舱室动力设备空气噪声控制分析

目的研究舱室间壁板不同约束条件及不同敷设方式对隔声量的影响。方法用VA One建立两个舱室的统计能量分析(Statistical Energy Analysis,SEA)模型,对约束阻尼结构和自由阻尼结构的隔声性能进行分析。针对约束阻尼结构,讨论其两侧金属层厚度差对整个壁板的隔声性能的影响;对自由阻尼结构,分析金属层与阻尼层之间的相对位置对其隔声性能影响。结果约束阻尼结构隔声量A计权声压级比自由阻尼结构高。结论阻尼层厚度和壁板总厚度一定时,自由阻尼结构金属层与阻尼层之间的相对位置对实际的隔声性能并没有影响;约束阻尼结构,两侧金属层等厚敷设时,其隔声效果最优,且两侧厚度差越大隔声量越小。