局部贴敷阻尼层空间管路有限元建模及贴敷位置优化

为了降低处于服役阶段的航空发动机管路的有害振动,描述了一种在管体表面局部贴敷黏弹性阻尼层对管路进行减振的方法,主要包括阻尼层-空间管路系统动力学有限元建模及阻尼层贴敷位置优化。在建模上,基于ANSYS平台建立了满足寻优算法调用的阻尼层-空间管路参数化有限元模型。同时,整个模型引入了两种阻尼,分别是卡箍的支撑阻尼和黏弹性阻尼层的材料阻尼。在贴敷位置优化方面,创建了以阻尼层贴敷位置为设计变量、以1阶最大共振响应最小为优化目标的优化模型,并给出了采用遗传算法对该优化模型进行求解的流程。最后进行了实例研究,用搭建的贴敷阻尼层空间管路试验系统校验了所创建的阻尼层-空间管路分析模型的合理性。在此基础上,执行了阻尼层位置优化,获得了在可移动范围内使共振响应最小的阻尼层贴敷位置方案,并通过与5种随机方案的数值比较证明了优化结果的合理性。

贴敷约束阻尼层的螺栓连接板半解析动力学建模及减振分析

在太空环境中太阳翼帆板的振动难以抑制,因此太阳翼帆板的减振研究至关重要。利用双搭接螺栓连接板结构模拟太阳翼帆板的展开状态,研究了通过贴敷约束阻尼层对其进行振动抑制的方法。创建了贴敷“H型”约束阻尼层双搭接螺栓连接板结构的半解析动力学模型,包含:利用层间剪切变形原理,推导了约束阻尼层结构的应力应变关系,用复模量表征黏弹性层的阻尼特性;考虑螺栓的影响区域,提出用复面弹簧单元和修正质量模拟双搭接螺栓结合部的刚度、阻尼和质量特性;引入正交多项式作为位移容许函数,利用拉格朗日方程和Hamilton原理建立了局部贴敷“H型”约束阻尼层的螺栓连接薄板的动力学方程。进行了实例研究,通过组建的试验系统证明了所创建的复合结构半解析模型在求解固有特性及振动响应参数方面的合理性,同时试验及半解析模型计算结果均证明约束阻尼层对双搭接螺栓连接板具有减振效果。最后,基于所创建的半解析模型分析了贴敷面积及约束阻尼层厚度对双搭接螺栓连接板减振效果的影响。

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。

光学天线支撑结构自由阻尼层减振技术研究

为了提高光学天线在微振动环境下的动力学特性,优化光学系统的成像质量,可以将自由阻尼层喷涂在次镜支撑薄梁的表面来达到减振降噪的目的。首先通过Zemax以及Minitab确定微振时次镜离焦对成像质量的影响,在此基础上分析了自由阻尼层减振的原理并在时域上对次镜的离焦量进行了数学建模。其次,通过Ansys进行瞬态动力学分析,提取时域上次镜的离焦量后用Matlab进行曲线拟合并与所得数学模型的曲线进行对比。分析结果表明,在0.2 g量级的正弦扰动下,铝合金制光学天线支撑结构表面喷涂0.5 mm厚的NiCrAlY自由阻尼层材料时,光学天线最大离焦量降低了21.9%,有效地提高了光学系统的抗振特性和成像质量。

粘弹性非约束阻尼层结构的阻尼层厚度与降噪量的关系

本文导出了粘弹性非约束阻尼层结构的阻尼层厚度与降噪量的关系,并进行了试验验证。指出在以降噪为目的对结构进行阻尼处理时,不能以结构损耗因子作为设计指标确定其厚度参数,而应以降噪量为指标。

约束阻尼层在输电塔风振控制中的应用

约束阻尼层是机械及航空工程中常用的阻尼减振方法之一。讨论了在1 000 kV特高压输电线路典型钢管塔应用约束阻尼层的风振控制问题。首先给出了粘弹性阻尼材料的基本力学特性和约束阻尼层的两种有限元建模方法。通过ANSYS对一简单约束阻尼层结构采用两种不同有限元模型进行数值仿真分析比较,给出了在ANSYS中准确模拟这类结构的途径。应用这一建模方法对钢管塔主材安装约束阻尼层后的减振效果进行了数值仿真。结果表明,在主材设置约束阻尼层后杆塔一阶纵向和一阶横向弯曲模态阻尼比均有较大提高,但扭转模态的模态阻尼比提高很少。时域风振分析表明,设置约束阻尼层后塔顶的顺风向加速度响应显著降低。最后从结构及阻尼层的模态应变能角度建议了阻尼材料及约束阻尼层设置部位的选取原则。

约束阻尼层板的振动分析

约束阻尼层结构是一类利用阻尼层的剪切效应达到减振目的的结构。基于这一原理，本文分析了约束阻尼层板的振动。引入的位移模式中，考虑了附加部分对原结构运动的相对性和阻尼层的横向剪切效应，据此推导了约束阻尼层板的运动方程和边界条件。最后分析了简支矩形板的固有振动，讨论其振动特点。

蜂窝锥壳卫星适配器约束阻尼层振动抑制分析

主要研究在蜂窝锥壳卫星适配器上附加约束阻尼来抑制锥壳传递振动。尽管约束阻尼方面的研究很多 ,但是大多数都是针对简单的梁或者板结构 ,而对复杂蜂窝锥壳结构的振动抑制问题研究还很少 ;为此 ,通过对蜂窝壳的等效化处理和约束阻尼结构的有限元建模理论分析 ,建立起卫星-适配器结构在有无附加约束阻尼情况下的有限元模型 ,进一步通过模态分析和频响分析 ,得到不同约束阻尼层设计参数对结构振动抑制影响规律。分析结果对于经济有效的设计约束阻尼层和结构减振减重具有较好的参考价值。

基于遗传算法的嵌入式共固化穿孔阻尼层复合材料结构优化

建立嵌入式共固化穿孔粘弹性层复合材料结构的遗传算法优化模型,采用混合编码方式对嵌入穿孔阻尼层的复合材料结构试件粘弹性层穿孔布局进行优化,在增大结构阻尼的同时尽量减少结构刚度损失。结果表明,在不考虑复合材料穿孔阻尼层面积比变化对阻尼与刚度的敏感度时,最优方案为穿孔直径2 mm,孔距9.90 mm,此时阻尼层面积比为96.8%;考虑该敏感度时,最优方案为穿孔直径2 mm,孔距9.06 mm,此时阻尼层面积比为96.2%。研究结果对大阻尼高刚度嵌入式共固化复合材料阻尼构件的设计制作有重要指导意义。

黏弹阻尼层共固化复合材料不同温度下的阻尼性能

采用共固化工艺制备了以丁腈橡胶为黏弹性阻尼层的复合材料,应用动态机械分析仪(DMA)测定了该材料损耗因子的温度谱,并对不同温度环境下该材料的阻尼性能和阻尼机制进行了分析。结果表明:当温度处于阻尼层玻璃态和高弹态区时,共固化复合材料损耗因子较小且随温度变化不大;当温度处于阻尼层黏流态区时,共固化复合材料的损耗因子迅速增加到最大值后变小,最大损耗因子为19.2%,约为未插入黏弹阻尼层复合材料的13倍;共固化过程中阻尼层损耗因子的减小,使共固化复合材料的阻尼性能降低,并在阻尼层的黏流态区其损耗因子明显小于预报结果;界面阻尼的影响提高了共固化复合材料的阻尼性能,并在阻尼层的玻璃态区其损耗因子大于预报结果。

不同阻尼层材料对交替层合各向异性阻尼结构动态性能的影响

采用正交试验极差分析方法,研究了各阻尼层对7层各向异性交替层合阻尼结构阻尼性能和刚度的影响大小规律,并在此基础上就不同阻尼层材料对结构性能的影响进行探讨。结果表明:对于7层交替层合的各向异性阻尼结构而言,对结构刚度影响最大的阻尼层为第4层,对结构内耗值大小与频率范围和温度范围影响最大的阻尼层分别为第2层和第6层;结构内耗的温频特性与各阻尼层材料及其厚度密切有关,一般第2层越厚,其内耗的频率特性越好。

可控约束阻尼层结构的H_∞控制

建立了可控约束阻尼层板的一般控制微分方程。对附加可控约束阻尼层的悬臂矩形板进行了实验与理论建模 ,详细分析了模型中的不确定性 ,并进行了 H∞ 鲁棒振动控制的数值仿真与实验研究。结果表明 ,H∞ 控制能够有效抑制受控结构的模态振动 ,与位移比例反馈控制相比 ,具有更好的鲁棒稳定性。

附加约束阻尼层对星箭系统动特性的影响分析

在星箭连接支架外表面附加约束阻尼层可抑制星箭对接界面的振动,从而降低卫星在发射过程中所承受的振动和噪声载荷。本文将有限元技术与矩阵特征值摄动分析方法相结合,就卫星支架局部修改(附加约束阻尼层)对星箭系统动态特性的影响进行了分析。以已有星箭系统结构的模态信息为基础,给出了支架部位附加约束阻尼层后星箭系统动态特性变化的定量计算方法,并证明了该减振技术能够不明显的改变原星箭系统的固有特性。

自由阻尼层加筋板的稳态简谐响应分析

应用模态叠加法研究了敷设粘弹性自由阻尼层加筋板的稳态简谐响应 .以结构幅频特性曲线的方式来研究粘弹性阻尼对结构响应的控制作用 ,分析了阻尼材料模量、损耗因子和阻尼层与基层厚度比对结构响应的影响 .分析中考虑了结构上不同位置的结点的情况 .结果表明 ,在相同幅度的情况下 ,增加阻尼层与基层厚度比比增加阻尼材料损耗因子的减振效果好 ;

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 。

内燃机薄板箱体部分覆盖阻尼层技术研究

基于模态应变能法计算结构的模态阻尼损耗因子,提出采用模态应变能和的方法,研究部分覆盖阻尼层箱体的高应变能和区域,进而得到不同敷设参数对结构阻尼损耗因子的影响规律.并进一步应用模态局部化方法构造局部模态,控制最大应变能区域,实现阻尼材料布局的优化.研究结果表明,综合运用模态应变能和及模态局部方法,能准确得到并控制高应变能和集中区域的分布,为部分覆盖阻尼层的布局增加灵活性,且有助于降低结构质量.

阻尼层对泡沫铝芯三明治板隔声特性的影响分析

以泡沫铝芯三明治板为研究对象,采用混响室隔声测试研究铺设阻尼层对其隔声量的影响。基于统计能量法理论,用VA One软件对其进行隔声量仿真分析及建模验证。基于验证模型,进一步分析了阻尼材料厚度及材料密度对复合板隔声量的影响。试验结果表明,铺设6 mm阻尼对泡沫铝芯三明治板整体隔声性能提高,尤其是高频区域隔声量有显著提升,高达10 d B。VA One统计能量法仿真预测结果表明,对铺设阻尼的泡沫铝芯三明治板进行隔声量趋势预测计算是可行有效的,且参数调研结果表明,阻尼层厚度对三明治板隔声量有一定程度影响,阻尼厚度每增加1 mm高频区域隔声量提高约2 d B;阻尼材料密度对复合板隔声量影响不大。相关结果为泡沫铝芯三明治板隔声优化提供参考。

抑制盘式制动器振动噪声的阻尼层研究

针对汽车盘式制动器减振降噪理论和试验方法,通过对制动块底板上增加橡胶阻尼层的制动器进行试验研究,并与未增加阻尼层的同一制动器的噪声进行对比,研究了不同阻尼复合材料对制动噪声的影响。结果表明,制动盘和制动块的耦合特性是影响振动和噪声的关键因素,通过改变其耦合系统的阻尼能有效抑制噪声,并减少系统的不稳定性。

基于振动能量耗散的间隔阻尼层式支重轮缓冲特性分析

基于履带式工程车辆间隔阻尼层式支重轮振动能量的耗散,对支重轮的减振缓冲特性开展研究,建立其振动能量耗散模型.以310kW履带式推土机为应用对象,在3种典型工况下,建立间隔阻尼层式(阻尼层未间断)支重轮1/3实体有限元耗散模型.经计算发现,间隔层与约束层粘接处和1/3阻尼层端面处的应力与耗散能均较大,易导致"热软化".采用约束层和阻尼层均间断的方式对支重轮结构进行改进,经计算表明改进后的支重轮总耗散能增大,其减振缓冲性能提高;且其应力与耗散能整体均匀对称分布,降低了"热软化"发生概率.

书本式分布作动器及可控约束阻尼层结构控制的实验研究

利用压电材料的逆压电效应，研制了一种新型压电作动器———书本式分布作动器，讨论了作动器的附加位置，采用比例反馈进行了主动控制试验，通过试验给出了单位电压的控制效果与书本式分布作动器的压电片层数的关系．研究结果表明，书本式分布作动器是一种能在较低驱动电压下产生较大作动力的作动器，它和约束阻尼层结合构成的可控约束阻尼层主被动一体化控制技术对于薄壁结构振动的抑制效果显著。