Free vibration of circular cylindrical shell with constrained layer damping

Free vibration characteristics of circular cylindrical shell with passive constrained layer damping （PCLD）are presented. Wave propagation approach rather than finite element method, transfer matrix method, and Rayleigh-Ritz method is used to solve the problem of vibration of PCLD circular cylindrical shell under a simply supported boundary condition at two ends. The governing equations of motion for the orthotropic cylindrical shell with PCLD are derived on the base of Sanders＇ thin shell theory. Nu- merical results show that the present method is more effective in comparison with other methods. The effects of the thickness of viscoelastic core and constrained layer, the elastic modulus ratio of orthotropic constrained layer, the complex shear modulus of viscoelastic core on frequency parameter, and the loss factor are discussed.

考虑层间变形的约束阻尼圆柱壳振动特性分析

在约束阻尼减振结构中,中间的黏弹性层主要依靠基体及约束层的交错运动产生剪切变形而消耗能量,因而这种层间变形关系需要被有效引入以提升建模精度,为此采用有限元法对局部贴敷约束阻尼层圆柱壳进行了动力学建模方法研究。首先,基于Donnell′s薄壳理论,在考虑各层之间变形关系的基础上,推导了复合单元的刚度及质量矩阵;其次,构造了一种过渡单元来连接复合壳单元和仅有基体的单层单元,实现了局部贴敷约束阻尼层圆柱壳总刚度及总质量矩阵的有效组集;然后,在考虑复合圆柱壳弹性约束边界条件的基础上,确定了复合壳的运动方程,并给出了求解振动特性的公式;最后,进行了实例研究,通过与实验和ANSYS仿真结果的对比,验证了所提有限元模型的正确性,并进一步分析了约束层、阻尼层厚度变化对复合圆柱壳振动和阻尼特性的影响。

局部约束阻尼柱壳振动分析及优化设计

针对圆柱壳振动特性,给出局部约束阻尼柱壳模型。基于弹性、粘弹性本构方程用能量法建立动力学方程,研究阻尼段结构参数变化对振动特性影响。建立以阻尼轴向与周向分段数、阻尼段轴向与周向间隙、阻尼层厚度为设计变量,前三阶模态最大损耗因子为目标函数,利用多目标遗传算法对两端简支柱壳进行优化分析。通过分析、比较优化前后结构模态固有频率变化、损耗因子变化及幅频响应表明,合理贴敷阻尼段能有效减少阻尼材料用量,且在不改变柱壳固有振动属性条件下能达到更好的减振效果。

基于传递函数方法的局部覆盖环状CLD圆柱壳动力学分析

采用传递函数方法对局部覆盖环状约束层阻尼(CLD)圆柱壳进行了动力学分析。基于Donnell薄壳简化,由Hamilton原理导出了局部覆盖CLD圆柱壳的运动方程和边界条件,通过Laplace变换并引入状态向量后,建立了系统的状态空间方程,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。算例分析结果验证了该方法的有效性和精确性,且更适于处理黏弹性材料具有频变特性的问题。讨论了CLD覆盖率和黏弹层厚度对系统固有频率和损耗因子的影响,为局部覆盖CLD圆柱壳的优化设计奠定了基础。

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。

基于多目标遗传算法的约束阻尼柱壳结构优化

文章为了改进被动约束阻尼柱壳结构的减振特性,解决引入约束阻尼的合理分布问题,提出了一种基于多目标遗传算法的优化设计方法。建立了以振动模态的前两阶损耗因子和引入约束阻尼材料总质量比为优化目标,以约束层、阻尼层厚度和粘弹性材料剪切模量为设计变量的多目标函数。利用遗传算法对Pareto最优进行优化选择,避免了对目标函数值的直接计算。通过分析和比较优化前后结构的模态振动频率变化以及幅频响应,表明引入质量太多会影响柱壳结构固有特性,而优化后结构能够避免太多的质量引入,并且具有更好的减振效果。

约束层阻尼圆柱壳的自由振动

给出了被动约束层阻尼圆柱壳(PCLD)的自由振动特性.波传播法被用来求解两端简支的PCLD圆柱壳的振动,而不是用有限元法、传递矩阵法和Rayleigh-Ritz法.基于Sanders薄壳理论,导出了PCLD正交各向异性圆柱壳的控制方程.数值结果表明当前的方法要比目前其它方法有效.讨论了粘弹性层和约束层的厚度,正交各向异性约束层的弹性模量比率和粘弹性层的复剪切模量对频率参数和损失因子的影响.

约束层阻尼对薄壁圆柱壳模态参数的影响研究

以一端约束和一端自由的薄壁圆柱壳为研究对象,研究了约束层阻尼对其模态参数的影响。为了充分了解其振动行为特点,通过有限元法初步获取了其固有频率和模态振型,并搭建了可以准确、高效地测试涂覆约束层阻尼前、后壳体结构模态参数的实验系统,提出了适合该类型阻尼薄壳结构模态参数的测试方法和流程。将约束层阻尼材料制成不同大小的环片形式,并准确获得了涂覆约束层阻尼前、后薄壁圆柱壳的各阶模态参数。基于上述测试结果,研究了约束层阻尼参数的改变对薄壳固有频率、振型和阻尼参数的影响程度,发现约束层阻尼会降低结构的固有频率,但可以有效提升壳体结构的阻尼特性。

具有电磁约束阻尼层梁的振动主动控制研究计算(英文)

本文研究了具有电磁约束阻尼层(EMCLD)梁的振动主动控制,电磁约束阻尼层是由电磁层、永磁层和粘弹性阻尼层三部分构成,它利用电磁层和永磁层之间的电磁力作为作动力,对系统的振动进行控制,具有作动方式合理、响应快,耗能低等优点。本文对EMCLD进行建模并计算其电磁力,基于Hamilton原理推导出具有 EMCLD梁的振动控制微分方程,采用速度比例反馈进行振动控制的数值仿真和试验,理论分析和试验结果表明电磁约束阻尼层是一种有效的控制结构振动的方法。

主动约束层阻尼部分覆盖圆柱壳耦合振动控制

采用分布参数建模,从Ham ilton变分原理出发推导了主动约束层阻尼(ACLD)覆盖圆柱壳耦合振动的运动微分方程和边界条件,并扩展适合一维连续结构分析的基于解析解的谱传递矩阵法(STMM)用于ACLD部分覆盖圆柱壳。通过数值计算,研究了ACLD的长度和位置对固有频率和模态耗散因子的影响。STMM能有效克服有限元法单元数目多、动力学方程阶数高及ACLD长度和位置变化时须重复建模的缺点,以最少的单元数目建立低阶控制方程。典型算例显示了STMM的有效性和精确性。

求解地面运动激励下的部分覆盖约束层阻尼贮液圆柱壳耦振的整合状态传递矩阵法

基于一般情况下的线弹性薄壳方程和势流理论,考虑被动约束层阻尼(PCLD)的剪切变形的能量耗散和液固耦合相互作用,文中首先导出了PCLD圆柱层合壳的整合一阶矩阵微分方程,该方程的状态向量的每个元素都有明确的物理意义,更方便用于层合壳体在各种边界支承条件的动力学问题的求解。然后通过将流体动压力写成含待求系数的解析形式,借助流固交接条件、新型齐次扩容精细积分法和叠加原理,建立了一种分析该类结构耦振问题的高效率、高精度的半解析半数值方法。通过与无水、两端简支的全覆盖PCLD圆柱壳在轴对称情况下自由振动的解析解结果比较,验证了该方法的有效性。最后基于文中提出的方法,研究了部分覆盖PCLD贮液圆柱容器在地面运动激励下的动力响应,研究了PCLD厚度、长度、敷设位置以及粘弹芯的复剪切模量模型对减振效果的影响。

环状分块覆盖ACLD圆柱壳振动分析的新矩阵方法

基于被动约束层阻尼(PCLD)圆柱层合壳振动分析的研究工作,进一步考虑主动约束层的压电效应,通过在其运动方程中直接施加压电控制力,导出了环状分块敷设主动约束层阻尼(ACLD)圆柱层合壳的整合一阶常微分矩阵方程,并采用新型齐次扩容精细积分法和叠加原理,建立了分析此类ACLD圆柱壳振动控制问题的一种高精度矩阵方法,进而还研究了轴对称自由振动情况下的阻尼特性以及在地面运动激励下的响应。通过数值计算发现,采用与结构响应中的占优模态成分相匹配的分布电压控制方式对振动的抑制效果更好,可称之为占优模态控制策略。

主动约束层阻尼圆柱壳动力学分析的新传递矩阵法

基于作者最近导出的被动约束层阻尼(PCLD)圆柱壳的一阶整合矩阵微分方程,结合压电材料本构关系和比例微分负增益反馈控制策略(PD),建立了一种求解主动约束层阻尼(ACLD)圆柱壳动力学问题的新传递矩阵方法。提出的ACLD圆柱壳的一阶矩阵微分方程,采用了简化的机电耦合模型。通过对ACLD圆柱壳自由振动及其在地震激励作用下的动力学响应分析,表明ACLD圆柱壳的阻尼特性和减振效果相对于PCLD圆柱壳具有明显优势,并且发现采用周向分块敷设ACLD,且施加与结构变形中的占优模态相匹配的控制电压分布方式对地震激励的抑制效果更好。

基于传递矩阵法分析ACLD圆柱壳振动控制问题的一种完全力电耦合模型

目前在ACLD薄壳结构的动力学分析中,通常采用一种忽略压电约束层面内电场强度,仅考虑在厚度方向为常量分布的法向电场强度的简化力电耦合模型。首先从理论上分析了简化力电耦合模型的局限性,进而提出了一种新的完全力电耦合模型,以此为基础导出了该模型下ACLD圆柱壳的一阶常微分矩阵状态方程,并结合传递矩阵法和齐次扩容精细积分法求解该方程。相对于传统三维模型方法,所建立的新模型和求解方法不仅大幅度简化了计算,而且适用于分析部分覆盖和任意支承条件下ACLD圆柱壳的振动控制问题。最后通过数值算例对完全力电耦合模型和简化力电耦合模型进行了比较,结果表明:简化力电耦合模型仅适用于低频分析;完全力电耦合模型具有更宽的频率适应性。

磁约束阻尼悬臂壳的轴对称振动分析

提出了一种新型有效的方法来降低悬臂壳的轴对称振动.该方法的原理是在约束层端部上及固定端分别设置引力排列的永磁体,振动时磁体间的动态磁力可使阻尼层获得比传统约束阻尼处理方法更高的剪应变,阻尼层耗能增加,从而降低结构的共振峰.从夹层单元微元体受力分析出发,建立了局部磁约束悬臂壳的轴对称振动分析模型,得到分别用约束层纵向位移u30、积分常数c和径向位移w表示的夹层壳体单元的纵向和周向力平衡方程.在此模型中,考虑了振动时因u30引起动态磁力的变化,使得此模型能描述MCLD结构的动态及阻尼性能.此外,通过比较MCLD处理与传统的约束阻尼处理对磁约束悬臂壳的轴对称振动的控制效果,分析表明:磁约束处理可同时控制悬臂壳前几阶模态的振动.

层叠式聚偏氟乙烯主动约束层阻尼与圆柱壳结构的振动控制

设计一种层叠式聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)主动约束层阻尼结构,将其应用于圆柱壳结构,采用Hamilton变分原理,导出局部附加层叠式PVDF主动约束层阻尼(ALCLD)圆柱壳的振动控制方程。给出层叠式PVDF主动约束层作动力的解析表达式,对两端简支圆柱壳的振动控制进行模拟。研究表明,层叠式PVDF主动约束阻尼层结构产生的作动力与PVDF层数成正比,控制电压相同时,增大主动约束层层数和粘接层厚度,可以有效地增大作动力,显著提高振动抑制效果。研究发现,粘贴在壳曲面上的主动约束层能够在径向产生大的作动力,这对壳曲面面外的振动控制非常有利。

主动约束层阻尼贮液圆柱壳的耦振与控制研究

在被动约束层阻尼(PCLD)贮液圆柱壳研究的基础上,考虑约束层的压电效应,导出了压电主动约束层阻尼(PACLD)贮液圆柱壳呈一阶常微分矩阵形式的电-液-固多场谐耦振的控制方程。由于该方程中所包含的液动压力系数和采用比例微分(PD)反馈控制策略时所必需的参考点径向位移都不能预先给定,无法直接求解。为了克服这一困难,采用新型齐次扩容精细积分技术和叠加原理,建立了一种半解析解法,并采用该方法求解了PACLD贮液圆柱壳在地面运动谐激励下的振动控制问题,着重研究了控制电压分布模式对减振效果的影响。数值分析表明,在合适的控制电压分布模式作用下,PACLD对贮液圆柱壳的振动具有很好的调控作用。

主动约束层阻尼圆柱壳的环向占优模态控制

基于作者最近对主动约束层阻尼(ACLD)圆柱壳的建模研究基础,通过数值算例进一步研究了电压分布方式对ACLD圆柱壳减振效果的影响,重点放在控制方式以及驱动电压的施加方案上.大量的数值计算表明,在多种外激励下的ACLD圆柱壳,采用环向占优模态控制方案,具有最佳的振动抑制效果,进而提出了环向占优模态控制策略的概念.

主动约束阻尼开口柱壳的NLMS反馈减振控制

为缩减开口柱壳结构的振动,给出了一种局部主动约束阻尼(ALCD)敷设结构,并结合Lagrange方程和Sanders薄壳理论构建了压电耦合开口柱壳的动力学模型,根据推得的系统状态空间形式,应用归一化最小均方差自适应滤波算法(NLMS)和线性二次规划算法(LQR)设计了一种自适应反馈控制器,通过数值仿真研究了控制参数对开口柱壳中点动态特性和控制电压的影响.结果表明:NLMS反馈控制方法能在不同控制电压频率、滤波阶数和自适应步长下保证对开口柱壳减振的有效性;增加自适应步长和滤波阶数能进一步提高减振控制的响应速率,但会导致控制电压超调量增加,而取较大的滤波阶数和较高频率控制电压可以减小噪声扰动,增加控制系统的可靠性.

磁橡胶约束阻尼处理的激励力有效区域研究

着重分析磁橡胶约束阻尼处理方法(MRLD)的阻尼效果受激励力影响的原因。基于MRLD与传统约束阻尼处理(PCLD)不同的耗能机制,得到这两种阻尼处理方式下系统耗能量的比值,进而估算MRLD相比PCLD,其阻尼改进效果中存在的激励力有效区域的大致范围。研究表明,材料损耗因子b不仅决定激励力有效区域的范围,同时也决定MRLD所能达到的阻尼改进效果的最优值。