粘弹性阻尼层设计的模态联合方法与实验

摘 要： 针对粘弹性阻尼层的设计,讨论了粘弹性材料的本构关系和基于模态计算的阻尼设计方法。阐述了基于模态联合方法的设计计算原理,并用仿真算例和实验对该方法进行了验证,结果表明,作为一种应用粘弹性阻尼层进行结构表面减振降噪的设计方法,该种方法是可行的。     

阻尼层对水下圆柱壳辐射声场的去耦特性影响

基于模态叠加法,采用Navier方程描述阻尼层,建立敷设粘弹性阻尼层的水下圆柱壳振动声辐射模型。与数值计算结果比对,验证了计算模型的可靠性。分析圆柱壳的径向均方振速和辐射声功率,研究了粘弹性阻尼层对水下圆柱壳辐射声场的去耦特性影响。结果表明,粘弹性阻尼层的径向均方振速频响曲线可以分作三个频段,当频率较高时,粘弹性阻尼层能降低辐射声功率;与壳体厚度相比,阻尼层厚度对阻尼层去耦特性的影响更大。     

敷设粘弹性材料的溜槽的试验模态分析

针对传统溜槽振动和噪声非常大的情况,设计了内部自由敷设粘弹性阻尼层的溜槽。文中应用了锤击激励法和LMS test. Lab振动测试系统对内部敷设粘弹性阻尼层的溜槽进行了模态试验,得到了前6阶固有频率、阻尼和振型,经过模态置信准则检验,所测试验模态参数真实有效。通过对试验结果的分析发现溜槽出口处的振动为扭转振动和弯曲振动的叠加,加工时应该加强出口处的强度以减小局部振动。研究结果为敷设粘弹性阻尼层的溜槽的优化设计提供了参考。     

基于Layerwise理论的共固化粘弹阻尼复合材料动特性分析

共固化粘弹性复合材料兼具结构承载和阻尼减振功能。针对传统的混合单元法在应用于粘弹性夹层复合材料结构阻尼性能分析时存在着前处理困难、计算规模大、精度低以及难以考虑正交各向异性铺层自身损耗能力的缺点,推导了一种基于Layerwise离散层理论的四节点四边形复合材料层合板单元,并利用直接复特征值解法建立了共固化粘弹性复合材料结构的阻尼性能分析方法。将该方法应用于不同的阻尼结构,分析结果与文献中已公开结果和混合单元法的计算结果进行了对比验证。结果表明,基于离散层理论的层合板单元具有计算精度高、前处理建模简单和计算规模小的优点,可有效应用于复杂共固化粘弹性复合材料结构的阻尼性能分析和设计。     

考虑参数随机性的约束阻尼结构振动特性分析

根据模态应变能理论建立约束阻尼结构有限元模型,基于粘弹性层的厚度和部分材料参数随机性分析,对约束阻尼结构的振动特性进行研究,分析粘弹性层的厚度和部分材料参数的随机性对约束阻尼结构模固有频率和模态损耗因子的影响。研究结果证明粘弹性结构参数随机性分析的必要性,分析方法和得出的相关结论对工程实践有一定参考。     

频率相关自由阻尼层复合材料加筋板动力分析

采用子空间迭代法和精细积分对敷设粘弹性阻尼层的含损伤复合材料加筋板结构进行了频率和动力响应分析。分析中对层合板和层合梁采用了Adams应变能法与Raleigh阻尼模型相结合的阻尼矩阵构造方法;对表面粘弹性阻尼材料则考虑了材料性质和耗散系数对激振频率与温度的依赖性,建立了频率相关粘弹性材料阻尼矩阵的计算方法。通过有限元分析,分别研究了敷设自由阻尼层无损伤和含分层损伤复合材料加筋板的自振频率和模态特征,并根据幅频曲线讨论了阻尼材料模量、耗散系数和阻尼层厚度等因素对结构响应的影响,提出的计算方法对通过合理选择阻尼层材料与几何参数来有效地控制加筋板结构的振动特性,具有一定的参考价值。     

粘弹性自由层阻尼管的有限元建模与试验研究

U型管是工业应用中的常见结构,也是振动破坏的多发部件.分析了局部黏附粘弹性沥青阻尼层U型管结构的动力特性.考虑弯曲成形过程中的厚度与截面形状变化,建立了自由层阻尼管的有限元精确模型,采用迭代法计算粘弹性结构的固有频率,进而采用模态应变能法,求得各阶模态附加的阻尼比.通过对有限元结果和试验结果的比较,验证所建立的有限元模型的正确性.最后,基于正交试验表,对阻尼层的粘贴宽度,厚度,位置等进行了试验研究,指出三种因素的对结构固有频率和阻尼比的影响,为复杂管道的减振设计提供了参考依据.     

粘弹性材料的ADF模型研究

采用GA-BFGS混合遗传算法建立了一套确定粘弹性模型参数的方法,对ADF模型进行参数拟合,并与标准流变模型,GHM模型及试验结果进行了比较。基于ADF模型的本构方程和控制方程,建立了粘弹性自由层阻尼悬臂梁的有限元方程。算例表明,本文确定模型参数的方法是有效的;同时通过对自由层悬臂梁的有限元模态分析,表明ADF模型在描述粘弹性材料本构关系中具有结构简单,计算精确,方便和有限元相结合的特点。     

卫星飞轮安装支架的粘弹性阻尼减振设计

应用粘弹性约束阻尼减振技术对某卫星飞轮组件安装支架结构进行振动抑制处理。约束阻尼技术能在不对结构作大的修改的前提下,提高结构的阻尼能力。首先建立原型支架结构的有限元模型,计算了其动态特性。分析了支架结构关键模态的应变能分布规律,确定出约束阻尼处理的铺敷位置。采用参数优化方法,比较了不同约束层厚度、不同阻尼层厚度设计情况下的结构阻尼性能,在满足附加重量和工艺限制要求的前提下,确定出阻尼减振设计方案。最后,将阻尼前后支架结构的加速度频率响应结果进行了对比,验证了在飞轮安装支架上应用粘弹性阻尼减振的合理性和有效性。     

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。     

计算粘弹结构动力学参数的新模态应变能方法

粘弹结构在噪声与振动控制领域已得到广泛应用,然而准确地计算粘弹结构的动力学参数一直存在困难,模态应变能法及其修正方法常用作近似计算。在分析模态应变能方法和已有修正方法的原理及其相互关系的基础上,提出一种基于损耗因子幅值的新模态应变能方法,用于计算粘弹结构的损耗因子与固有频率。新方法的修正因子随粘弹结构对应模态阶次损耗因子幅值变化。取可等价为粘弹性夹层梁/板的四参数原型系统和新型高阻尼航天载荷隔振器为算例,通过与已有方法的对比分析了新方法的准确性。     

充液管道开孔阻尼结构有限元分析

针对管道减振提出一种开孔阻尼结构,为分析此开孔阻尼结构的减振性能,采用模态应变能法,利用有限元软件ANSYS,并通过APDL语言编程,实现了弹性－粘弹性复合结构的近似动力学计算,为工程实际中粘弹阻尼结构的设计、分析提供一种简单可行的方法。采用此方法分析本文提出的开孔阻尼结构,得到一些有用的结论,可为类似充液管道的减振降噪提供有益借鉴。     

桁架结构的阻尼设计

论述桁架结构的阻尼控制设计理论基础，包括：一种新型的双夹层圆柱式ＶＥＤ结构设计公式，桁架结构中ＶＥＤ动力设计的绝对值模态应变能法（简记ＡＶＭＳＥ），ＶＥＤ最佳位置选择方法和结构模态阻尼比对ＶＥＤ刚度的灵敏度分析，并给出利用这种ＶＥＤ控制桁架结构模态阻尼的具体设计。通过一个三维复杂桁架结构的设计和实验实例，对这种设计理论和方法进行了验证。     

主动约束层阻尼梁的有限元模及模型简化

将有限元方法与粘弹性材料的GHM模型相结合,从而避免因粘弹材料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价的方法进一步降阶,这样能使降阶后的系统既可观性,又可控性。     

Experimental evaluation of dynamic behavior of metallic plates reinforced by polymer matrix composites

The applications of composite materials have become common in different industries. These materials introduce lower weight, high strength, and viscoelastic properties. Although composite materials offer many advantages in the designing and manufacturing of structures, they cannot replace the wide range of using metallic materials. Most of the industries especially aerospace try to use composite materials together with metal advantages in order to design a safe and optimized structure. The offshore structure can be reinforced and repaired with composite layers. In this research, the effects of composite reinforcement on the dynamic behavior of metallic plates are studied. Several panels are treated with different lay-ups and the modal testing was conducted to evaluate the effect of such treatments. This reinforcing can change both stiffness and damping properties of structures.

The stiffness properties of such reinforced plates can be influenced by fiber properties, while the damping properties come from the viscoelastic property of the matrix. Modal testing is applied to the specimens and the modal parameters are derived experimentally. This study shows that using composite material can modify both stiffness and damping characteristics.     

嵌入式低温共固化高阻尼纤维/树脂基复合材料

通过正交试验新研制出一种可以与玻璃纤维/BA9913环氧树脂预浸料低温共固化的高阻尼黏弹性材料,提出使用四氢呋喃（THF）作为溶剂,将该高阻尼材料制成黏弹性材料溶液。采用双面刷涂工艺,将玻璃纤维/BA9913环氧树脂复合材料制成带阻尼薄膜的预浸料,按照设计的铺层根据热压罐固化工艺制成嵌入式低温共固化高阻尼复合材料试件。模态试验和层间剪切试验验证了本文所提出制作工艺和黏弹性材料组分的有效性,试件一阶模态损耗因子可达7.2%。为嵌入式低温共固化高阻尼复合材料的广泛使用奠定了基础。      

约束阻尼板结构模态实验及阻尼特性研究

约束阻尼结构可在较宽的频带范围内抑制结构的振动,已在机械和交通等领域广泛应用。本文采用多输入多输出（MIMO）的锤击法,对一种约束阻尼板进行模态实验,参数识别得到其固有频率、振型及模态阻尼。通过模态实验和有限元结果的相互对比,验证了模态测试结果的可靠性。在此基础上,对敷设粘弹性阻尼的悬臂板结构进行了阻尼特性的研究,讨论了材料参数和结构参数对模态阻尼的影响,为结构的减振降噪及优化设计提供依据。     

开槽填充黏弹性材料对圆锯片振动的影响分析

为了揭示开槽填充黏弹性材料对锯片振动特性的影响规律,分别对无槽及开槽填充材料两种锯片模型的阻尼以及动态响应特性进行比较研究.首先,基于模态应变能法计算锯片模态阻尼比,利用Rayleigh阻尼表征模型结构阻尼,获得2种锯片模型的模态阻尼常数;然后,建立锯片有限元瞬态动力学分析模型,得出2种锯片模型的振动响应及衰减历程曲线,分析开槽填充材料对锯片振动的影响;最后,针对2种锯片进行试验模态分析,获得振动响应曲线,对比数值分析结果与试验数据曲线,两者吻合良好,证明了有限元数值分析的可靠性.结果表明:在相同的动力学条件下,开槽填充材料会显著降低锯片上质点的振动速度,缩短锯片振动的衰减历程.研究结果为开槽低噪声锯片的结构创新设计与开发提供了有效的理论依据.     

主动约束层阻尼悬臂梁的有限元分析及实验研究

针对具体实物模型 ,采用微振子模型描述粘弹性材料的剪切模量随频率变化的特性 ,采用有限元方法进行分析 ,提出了一种全新的降阶方法 ,使得最后的降阶模型不仅维数远小于初始有限元模型 ,而且可观、可控 ,能直接用于控制器设计。采用模态实验验证有限元模型 ,在此基础上 ,设计出合适的控制器 ,进行实时控制实验研究 ,结果表明 ,控制效果明显