SIMP插值的约束层阻尼结构拓扑优化

针对约束层阻尼结构拓扑优化问题,采用SIMP插值模型和变密度方法,构建了以模态损耗因子为目标函数,约束阻尼材料用量为约束条件的拓扑优化模型。推导了模态损耗因子对设计变量的灵敏度表达式。采用优化准则法,计算了约束层阻尼的最优拓扑构型,给出了拓扑优化计算的流程。结果表明:采用该拓扑优化方法对约束层阻尼材料进行优化布局,能在减少阻尼材料用量的前提下,显著提高结构模态损耗因子,降低频率响应幅值。     

基于渐进法的约束阻尼结构拓扑多目标动力学优化

为实现阻尼结构减振优化,从阻尼材料的力学本构出发,基于虚功原理建立了约束阻尼板动力学平衡方程,从阻尼耗能角度推导出模态损耗因子解析计算式。构建了以模态损耗因子最大且模态频率变动最小为目标、以阻尼材料用量为约束的阻尼板多目标优化数学模型。在对模态损耗因子及模态频率灵敏度进行推导的基础上,构建了归一化复合灵敏度算式,并引入拓扑渐进法求解优化模型。编制出阻尼板渐近法优化程序,并对阻尼板进行了优化仿真。结果显示,采用多目标拓扑渐进优化,既能大幅提高阻尼材料的减振效能,又能保证阻尼板频率特性的稳定,且可较大幅度地降低阻尼材料用量。对阻尼板进行了谐响应分析,验证了优化结果的有效性。该优化法在对结构动力学特性有严格要求的减振设计中存在应用前景。     

共固化双层阻尼薄膜复合材料结构的阻尼性能

为了获取共固化双层阻尼薄膜复合材料结构的阻尼特性,基于一阶剪切理论模型,利用Rayleigh-Ritz法计算共固化双层阻尼薄膜复合材料结构的固有频率和损耗因子,将计算结果同有限元法计算结果进行对比,验证该理论的正确性,同时分析结构固有频率和损耗因子随阻尼层位置和剪切模量变化的规律。结果表明:结构固有频率随着两阻尼层中面距离的增大先减小后增大,存在极小值;增大两阻尼层中面的距离,结构损耗因子先增大后减小,存在设计的最佳值;结构的固有频率随着结构剪切模量的增加而单调增加;随着剪切模量的增加,结构的损耗因子不再单调变化。     

敷设支撑层的约束阻尼梁减振优化设计

约束阻尼是板梁减振降噪的重要手段之一,敷设支撑层的约束阻尼结构能够获得更好的减振效果.基于有限元方法建立简支约束阻尼梁模型,以阻尼段段数、长度、段间间隙、支撑层厚度作为设计变量,梁结构的前4阶模态损耗因子乘以权值的和为目标函数,应用序列二次规划法对整个结构进行优化.在不同质量的约束条件下,分析比较了选取不同权值时约束层连续与间断情况下梁中点的振幅变化和损耗因子的变化.实例结果表明:优化设计能够保证在引入质量较小的情况下,达到更好的减振效果.     

被动约束层阻尼梁的动力学建模和分析

基于弹性梁的弯曲振动理论,建立了基梁和约束层的控制方程。考虑粘性层的剪切变形,由线粘弹性理论求出层间的切向相互作用力。然后,结合基梁、约束层的控制方程和粘性层的法向平衡方程,消去层间的法向相互作用力,导出敷有被动约束层阻尼弹性梁的整合一阶常微分矩阵方程。利用精细积分法对控制方程进行求解,分析了结构的固有频率和损耗因子,与相关文献的比较验证了此方法的正确性。最后,分析了结构参数对被动约束阻尼梁的自由振动特性和阻尼特性的影响。     

被动约束层阻尼梁的动力学建模和分析北大核心

基于弹性梁的弯曲振动理论,建立了基梁和约束层的控制方程。考虑粘性层的剪切变形,由线粘弹性理论求出层间的切向相互作用力。然后,结合基梁、约束层的控制方程和粘性层的法向平衡方程,消去层间的法向相互作用力,导出敷有被动约束层阻尼弹性梁的整合一阶常微分矩阵方程。利用精细积分法对控制方程进行求解,分析了结构的固有频率和损耗因子,与相关文献的比较验证了此方法的正确性。最后,分析了结构参数对被动约束阻尼梁的自由振动特性和阻尼特性的影响。     

夹层阻尼结构抑振特性研究

利用等效复合刚度法,对多夹层阻尼结构的抑振特性进行了理论推导,并对不同夹层阻尼结构的等效复合刚度和损耗因子进行了仿真计算,分析了不同的夹层材料和几何参数对结构抑振量的影响。研究表明,增加多夹层组合结构的夹层层数对组合结构损耗因子的提高量有限;适当增加夹层的厚度可改善组合结构抑振性能;变化夹层的材料,采用较硬的约束层和较软的阻尼层可显著提高组合结构的抑振量。     

阻尼层对自由阻尼处理结构的影响

在表面阻尼处理结构中,介绍了描述普通的阻尼层材料的贮能模量以及损耗因子随温度变化的规律,建立了自由阻尼处理梁的结构损耗因子的计算公式.通过数值计算揭示了自由阻尼处理梁的耗散特性.通过改变温度、阻尼层厚度、敷设纤维材料等不同的方法达到改变损耗因子的目的,给出了在不同条件下通过数值计算得出的结论,并比较这几种不同的方法对损耗因子的改变有何不同.     

切割对磁约束阻尼处理固支板的振动特性的影响

在约束层根部设置引力排列的磁体,阻尼层的剪应变将大于传统约束阻尼处理(passive constrained layer damping treatment, PCLD)的剪应变,因此,采用磁约束阻尼处理(magnetic constrained layer damping treatment, MCLD)可使系统的阻尼得到显著地改善.文中应用假设模态法研究工程中常见的两边固支约束阻尼板的磁约束处理减振效果, 推导出由板的横向模态坐标表示的特征方程.通过考察固支板的第一阶扭转模态(m=1,n=1)的损耗因子,研究将阻尼层等分切割为总的尺寸不变的两块阻尼层的阻尼变化情况.分析表明,在覆盖面积相同时,将阻尼块沿x方向等分为2块,将每块放置在板的宽度方向的边部,并沿模态节线y=W/2对称,可使MCLD获得更好的阻尼改进效果.     

基于ESO的约束阻尼板拓扑优化设计研究

基于渐进结构拓扑优化方法（Evolution Structural Optimization，ESO），以阻尼材料用量为约束条件、模态损耗因子最大化为目标函数，研究了约束阻尼板结构的拓扑优化设计问题，推导了灵敏度分析公式，给出了阻尼结构拓扑优化设计方法，得到了在一定阻尼材料用量下约束阻尼板结构的模态损耗因子最大的拓扑构形。该方法对于阻尼结构的优化设计有一定的意义，具有较强的工程实用性。     

分解刚度法在约束阻尼夹层梁动力分析和设计中的应用

将分解刚度法推广应用于粘弹性约束阻尼夹层梁的固有频率和损耗因子的分析计算中，得到了简单实用的近似计算公式。导出了几种边界条件下约束阻尼夹层梁最优剪切参数的计算式。     

An experimental and analytical investigation of the dynamic characteristics of a flexible sandwich plate filled with electrorheological fluid

This paper investigates the dynamic characteristics of a sandwich plate embedded with an electrorheological (ER) fluid. A laser holographic interference experiment and modal testing were conducted to identify natural frequencies, modal damping and shapes of the composite structure, under different electric fields applied to the fluid domain. Moreover, the influence of the ER effect on the structural dynamic responses were recorded. It was found that both of the damping and natural frequencies of the sandwich plate increase monotonously with an increasing electric field; while, at the same time, the resonant peaks of the frequency response and the amplitudes of dynamic responses decrease. Furthermore, based on the special properties of the ER fluid, a discrete dynamic model of the sandwich plate containing ER fluids was developed and validated. The numerical simulation verifies the effect of the ER material on the structure, and the calculated dynamic parameters show the coincident changes with the experimental results.     

大型空间柔性桁架结构模态实验研究

提出杆系结构的内力脉冲激振法,克服了宽带随机激振法能量分散不易激起各阶模态以及正弦激励慢的缺点,并用半正弦冲击波形完成了大型空间柔性桁架结构的模态实验,得到了系统的固有频率和模态振型。实验结果与理论计算结果非常吻合,验证了理论计算方法的正确性。实验结果表明采用内力脉冲激振的方法能够有效地激起结构的固有频率。实验所得振动参数可为下一步空间柔性桁架结构振动主动控制提供直接依据。     

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（active constrained layer damping,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导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。     

刚柔耦合运动对起重机吊臂振动固有频率的影响

分析了大型起重机吊臂在变幅过程中存在的刚柔耦合的运动特点对吊臂在标称运动附近振动固有频率的影响,考虑了吊钩和滑轮组质量对吊臂振动固有频率产生的附加效应。基于柔性多体系统动力学理论,采用拉格朗日方程建立了吊臂在标称运动附近的微振动方程,用复模态分析中的状态矢量法对机构振动方程进行了解耦。计算结果表明,在非线性惯性系下,吊臂在标称运动附近的微振动有3对共轭复频率。与采用传统结构动力学方法相比,考虑刚柔耦合运动的因素时,吊臂在三个方向振动的固有频率都有所降低,同时固有频率还受吊臂绕定点转动角速度、吊钩和滑轮组质量的影响,但影响程度较小。     

电流变夹层梁的动力稳定性分析

将电流变液等效为线性粘弹性材料，并假定在小变形情况下其储能模量和损耗因子与加在它上面的电场成正比，利用Hamilton原理和有限元方法建立电流变夹层梁的动力学方程。分析不同外加电场和厚度比情况下，电流变夹层梁的振动特性及动力稳定性。通过对单频轴向激励作用下电流变夹层悬臂梁的仿真计算显示，外加电场的增大能提高电流变夹层梁的刚度和阻尼损耗，减少不稳定区域的大小，而电流变层厚度的增加将使梁的固有频率降低，但提高了梁的稳定范围。表明合理设计电流变夹层梁可以有效抑制振动，提高系统的稳定性。     

频率依赖性黏弹性复合板动力学特性计算方法

将涂覆黏弹性阻尼的压气机叶片简化为考虑频率依赖性的黏弹性复合板,基于经典模态应变能法推导了一种修正的模态应变能法,用于黏弹性复合板的损耗因子计算。设计了一种基于修正模态应变能法的迭代求解方法,通过算例分别使用该计算方法与复特征值迭代法计算考虑频率依赖性的黏弹性复合板动力学特性。结果表明:基于修正模态应变能法的迭代求解方法在提高运算效率的同时,能够准确地计算出频率依赖性黏弹性复合板的动力学特性。     

An optimized rational fraction polynomial approach for modal parameters estimation from FRF measurements

This paper presents an Optimized Rational Fraction Polynomial (ORFP) approach for modal parameters estimation from the measurements of the Frequency Response Function (FRF). Although this approach is based on the Rational Fraction Polynomial (RFP) technique described in [1], it suggests the use of a constrained optimization scheme rather than the Forsythe method to overcome the shortcomings of the Forsythe method. The latter are the estimation of modal parameters that do not necessarily describe a stable system and the estimation of fictitious natural frequencies. The formulation of the constrained optimization problem is presented and discussed. The assessment of the performance of the ORFP approach showed that it is better than the RFP approach in terms of its ability to identify modal parameters that ensure a stable system and its flexibility in selecting and setting the natural frequencies of the system. Several illustrative examples are given to demonstrate the robustness of the ORFP approach.     

Scaling-factor estimation using an optimized mass-change strategy

In operational modal analysis, only unscaled mode shapes can be obtained. The mass-change method is in many cases the simplest way to estimate the scaling factors, which involves repeated modal testing after changing the mass at different points of the structure where the mode shapes are known. With this method, the scaling factors are determined using the natural frequencies and mode shapes of both the modified and the unmodified structure. However, the uncertainty on the scaling-factor estimation depends on the modal-analysis accuracy and the mass-change strategy (number, magnitude, and location of the masses) used to modify the dynamic behavior of the structure. In this paper, a procedure to optimize the mass-change strategy is proposed, which uses the modal parameters (natural frequencies and mode shapes) of the original structure as the basic information.