约束阻尼结构的双向渐进拓扑优化

针对约束层阻尼板的拓扑优化问题,以模态损耗因子最大化为目标函数,约束阻尼材料体积分数为约束条件,建立了约束阻尼板的拓扑优化模型。基于模态应变能方法,推导了目标函数对设计变量的灵敏度。采用双向渐进优化算法(BESO)对约束阻尼材料的布局进行了拓扑优化,获得了约束阻尼材料的最优拓扑构型,并与渐进优化算法(ESO)进行了比较。研究结果表明：双向渐进优化算法相比单向渐进优化算法,获得的模态损耗因子更高,阻尼减振效果更好。     

约束阻尼板的渐进法结构减振拓扑动力学优化

旨在为结构减振设计奠定一定基础,研究约束阻尼板减振优化问题。建立约束阻尼板动力学平衡方程,推导模态损耗因子计算模型。构建以模态损耗因子最大为目标,黏弹性材料用量及模态频率变动最小为约束的阻尼板拓扑优化数学模型,推导模态损耗因子灵敏度算式。引入渐进结构优化方法对约束阻尼板动力学优化模型进行求解,采用独立网格滤波技术,解决优化迭代中出现的棋盘格问题。编制阻尼板拓扑优化程序,实现约束阻尼板减振优化。仿真显示,与非优化删除方法相比,采用渐进拓扑动力学优化,更有利于实现黏弹材料优化布局,且模态频率变化比较稳定。对阻尼结构进行谐响应分析,以验证拓扑优化方法有效性,引入模态损耗因子体积密度指标以评价阻尼板减振拓扑优化性能。研究表明,若能实现结构模态损耗因子最大化,约束阻尼板减振效果明显。该方法对于约束阻尼板设计具有较强实用性,拥有较高的稳定性。     

基于优化准则法的自由阻尼材料拓扑优化

基于各向正交惩罚材料密度法法,建立了以自由阻尼结构模态阻尼比最大化为目标,以阻尼材料体积为约束条件,以阻尼材料单元相对密度为设计变量的拓扑优化数学模型。推导了模态阻尼比对阻尼单元相对密度的灵敏度和设计变量的更新准则,基于优化准则算法用MSC.Nastran的Direct Matrix Abstraction Program语言编制了通用的阻尼材料拓扑优化程序。以一铝板-声腔耦合系统为对象,以结构一阶弯曲模态阻尼比最大为目标,利用该拓扑优化程序和有限元分析方法对铝板上的阻尼材料进行优化布置,并用试验进行了验证。把铝板全阻尼处理和拓扑优化后部分阻尼处理的降噪效果进行对比,在仿真环境中,参考点处声压分别下降了110.6Pa和107.7Pa,在实验条件下,参考点处声压分别下降了22.47Pa和20.91Pa,从而验证了优化方法的有效性。     

基于ESO的夹层阻尼圆锯片减振降噪拓扑优化设计

针对夹层阻尼圆锯片的减振降噪拓扑优化设计,基于渐进拓扑ESO（evolutionary structural optimization）算法,寻求阻尼材料最佳布局. 导出了单元删除方法和损耗因子灵敏度计算方法,建立了拓扑优化流程,将损耗因子灵敏度作为衡量单元对结构损耗因子贡献量大小的标准,通过判断阻尼材料各单元对整体结构的减振效果,删除无效单元,得到满足刚度条件下的夹层阻尼圆锯片结构最优配置,使其在减振降噪的同时达到一定的刚度要求. 通过3种圆锯片模型的阻尼损耗因子对比,验证了优化后的圆锯片具有最佳的减振降噪效果．     

约束阻尼结构的改进准则法拓扑减振动力学优化

旨在为减振设计提供理论基础,研究约束阻尼结构拓扑动力学优化。以阻尼材料用量、振动特征方程、模态频率为约束,以多模态损耗因子倒数的加权和最小为目标,建立了约束阻尼结构拓扑优化模型,引入MAC因子控制结构的振型跃阶。在引入质量阵惩罚因子基础上推导出优化目标灵敏度。考虑到优化目标函数的非凸性,采用常规准则法(OC)寻优可能会使拓扑变量出现负值或陷入局部优化,故引入数学规划移动渐近技术对OC法进行改进,从而将全体拓扑变量纳入改进算法的优化迭代全过程。编程实现了约束阻尼板改进OC法拓扑动力学优化并对改进法性能进行了仿真。结果显示,改进算法可得到更合理的约束阻尼层构形,可使结构取得更佳减振效果。研究表明,改进算法迭代稳定性更好、寻优效率更高、更具全域最优性。     

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，讨论了阻尼材料布局拓扑基结构的规模与优化效率的关系。     

附加自由阻尼板阻尼材料降噪拓扑优化

对附加自由阻尼的板件结构,考虑粘贴阻尼材料前后,中性面位置的变化,利用Matlab编程建立自由阻尼板有限元模型,并利用Rayleigh积分法推导了薄板结构的辐射声压表达式;以辐射声场内某点的声压最小为目标,阻尼材料的体积为约束条件,建立拓扑优化模型。以悬臂板结构为例,编写了拓扑优化程序,利用渐进结构优化算法,获得了阻尼材料的最优布局,并与以模态损耗因子最大为目标的拓扑优化结果进行了对比。结果表明:在主要关注目标是结构的声学性能时,直接以声压为目标的优化方法比以模态损耗因子最大为目标的优化方法更有针对性,效果更好。利用实验对仿真结果进行了实验验证。     

约束层阻尼短圆柱壳拓扑优化分析及实验研究

针对约束层阻尼短圆柱壳拓扑优化问题,采用基于模态应变能法的渐进结构优化算法（ESO）,引入独立网格滤波技术, 通过灵敏度分析,用ANSYS的参数化设计语言APDL编写拓扑优化程序,获得一定约束层阻尼材料用量的约束层阻尼最优拓扑构形,并对约束层阻尼材料的优化布局进行实验验证。研究表明该拓扑优化方法正确,用于短圆柱壳约束层阻尼材料布局优化具有较强的工程实用性。     

指定频带简谐激励下约束阻尼结构拓扑优化

针对指定频带简谐激励下约束阻尼结构拓扑优化问题,建立以共振峰值平方最小为优化目标,约束阻尼材料用量为约束条件的约束阻尼板拓扑优化模型。优化过程中考虑约束阻尼结构改变对结构阻尼影响较大,将模态阻尼比灵敏度引入优化目标的灵敏度计算中,使优化目标灵敏度计算更准确合理。用渐进优化算法求解拓扑优化模型。给出数值算例,并实验验证优化模型及灵敏度分析方法的有效性。     

基于应变能分析的附加阻尼结构设计评价和准则优化方法

基于附加阻尼结构的模态应变能分析方法,对模态损耗因子关于附加阻尼的灵敏度和附加阻尼材料的相对利用效率进行了分析,并推导了以模态损耗因子最大为设计目标的附加阻尼层材料厚度分布的优化设计准则。对此推广,又进一步对强迫振动条件下结构的损耗因子关于附加阻尼的灵敏度和附加阻尼材料的相对利用效率进行了分析。由此,建立了一种分别根据自由振动模态和强迫振动响应对附加阻尼结构设计进行分析评价的方法。基于附加阻尼层材料厚度分布的优化设计准则,还给出了一个附加阻尼结构的迭代优化设计方法。通过对一个车身地板附加阻尼结构的计算分析,验证了提出的分析评价和优化设计方法的有效性。     

双材料自由阻尼层结构拓扑优化设计方法

目的 在不减小板壳结构动刚度的前提下有效提高板壳结构的抗振性能,提出一种板壳阻尼复合结构拓扑优化设计.方法 以结构模态阻尼比为目标函数,以某阶固有频率不小于设定值为约束条件,推导目标函数和约束条件对设计变量的灵敏度表达式,采用SIMP插值函数和移动渐近线法求解优化数学模型.结果 研究表明,文中提出的双材料阻尼层结构相比传统单材料阻尼层结构的振动响应明显减小,同时适当改变设计目标和约束条件,可满足不同的工程应用需要.结论 通过在宏观上对高刚度低阻尼材料和低刚度高阻尼材料的分布进行了设计,优化后的结构兼顾低刚度高阻尼材料的高阻尼特性和高刚度低阻尼材料的高刚度特性,实现了结构高刚度高阻尼的设计.     

约束阻尼板结构设计及研究

以约束阻尼板在实际应用时重量和厚度限制为约束条件,依据约束阻尼结构设计理论进行结构设计并制备样品,对样品进行振动特性测试后识别其前5阶固有频率及模态阻尼比,并分析阻尼层材料参数、约束层材料参数及阻尼结构形式对约束阻尼结构阻尼性能的影响。      

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。     

纤维增强复合材料身管阻尼特性分析

针对火炮发射时纤维增强复合材料身管的阻尼效应,根据粘弹性材料动态特性,给出了纤维增强复合材料能量耗散公式,采用基于有限元技术的模态应变能分析方法,对某口径复合材料身管进行了阻尼特性分析,获得了该复合材料身管在各阶固有频率下的应变能和阻尼损耗因子,为复合材料身管的动态特性分析提供了阻尼特性参数.     

影响约束阻尼结构阻尼性能的因素

采用自由梁振动法,研究阻尼层厚度、约束层材料及环境温度等三个变量,对约束阻尼结构阻尼性能的影响。结果表明：阻尼层厚度在1 mm～4 mm范围内,约束阻尼结构的阻尼性能随阻尼层厚度的增加而降低; 约束层材料分别为钢板、大理石板、砂浆板时,约束阻尼结构的阻尼性能不同;低温、高温环境均使约束阻尼结构阻尼值变小; 常温环境下,约束阻尼结构的阻尼值较大,复合损耗因子超过了0.154。     

嵌入式共固化高阻尼电磁吸波复合材料

提出多层吸波预浸料层和吸波阻尼层相互嵌合的结构,研发了一种兼具优良电磁吸波性能、高阻尼性能以及其他优良静力学和动力学性能的嵌入式共固化高阻尼电磁吸波复合材料,探索其制备工艺,推导了这种结构的电磁反射损失的理论表达式,并根据理论计算表达式编写Matlab程序理论分析了该结构的吸波性能。电磁吸波的实验结果,验证了该分析结果的有效性。模态实验、自由衰减实验和层间剪切实验结果给出了模态参数、阻尼性能以及层间剪切性能与阻尼层电磁吸波材料含量的关系。结果表明：随着试件电磁吸波材料含量的提高试件的反射损失变小,电磁吸收频宽增大,模态固有频率降低,模态阻尼比增加,阻尼损耗因子增加,层间剪切应力增强。     

多层阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构动力学性能

为大幅度地提高复合材料结构动力学性能,首先提出了新型多层阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构,并按照玻璃纤维/环氧(5231/EW180B)预浸料固化工艺曲线将其制成嵌入式中温共固化多层阻尼薄膜复合材料试件;然后,探索使用模态应变能有限元数值模拟法对该结构的动力学性能进行了研究;最后,将结果与模态分析实验数据进行对比,并获得了多层阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构模态参数随阻尼层的厚度、数量、位置和分布的变化关系。结果表明:多层阻尼薄膜嵌入的复合材料结构能显著提高整体结构的一阶模态损耗因子。研究结果为轻质大阻尼复合材料结构设计理论和制作工艺的进一步研究奠定了基础。     

多层阻尼复合结构阻尼性能

制备了多层阻尼复合结构, 应用有限元方法对多层复合结构阻尼性能进行了理论研究。计算结果与实验结果基本一致。利用该有限元模型分析了各层阻尼材料的几何及物理参数对复合结构阻尼性能的影响。分析表明: 阻尼材料的厚度、损耗因子和弹性模量对阻尼复合结构阻尼性能有较大影响, 而阻尼材料的密度对阻尼复合结构阻尼性能的影响不明显。      

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。