约束阻尼结构阻尼效果的有限元预测方法研究

阻尼材料作为减振降噪方法在工程中应用很多,约束阻尼结构铺设阻尼材料后总阻尼因子的计算是一个很重要的问题,经典的含约束阻尼双层梁结构和三层梁结构的阻尼解析计算方法对复杂结构不适用,目前急需可靠实用的工程计算和设计方法。本文基于模态应变能给出了复杂结构的阻尼有限元计算方法,同时基于统计能量分析原理提出一种宽带激励下总阻尼效果的评价公式,以及基于该评价公式的有限元优化设计方法。通过对双层阻尼梁结构和含约束面板的三层阻尼梁结构的阻尼解析计算和有限元计算法预报对比,验证了有限元计算方法的正确性。依据阻尼效果评价公式对某约束阻尼平板的阻尼层和约束面板厚度进行了优化设计,并通过谐波响应分析验证了优化方法的正确性。本文基于ANSYS软件的分析方法可供工程中复杂结构阻尼设计参考。     

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。      

约束阻尼结构阻尼效果的有限元预测方法研究

阻尼消振作为减振降噪方法在工程中应用很多,约束阻尼结构铺设阻尼材料后总阻尼因子的计算是一个很重要的问题,经典的含约束阻尼双层梁结构和三层梁结构的阻尼解析计算方法对复杂结构不适用,目前急需可靠实用的工程计算和设计方法。基于模态应变能给出复杂结构的阻尼有限元计算方法,同时基于统计能量分析原理提出一种宽带激励下总阻尼效果的评价公式,以及基于该评价公式的有限元优化设计方法。通过对双层阻尼梁结构和含约束面板的三层阻尼梁结构的阻尼解析计算和有限元计算法预报对比,验证有限元计算方法的正确性。依据阻尼效果评价公式对某约束阻尼平板的阻尼层和约束面板厚度进行优化设计,并通过谐波响应分析验证优化方法的正确性。基于ANSYS软件的分析方法可供工程中复杂结构阻尼设计参考。     

多孔阻尼复合板优化研究

将约束层阻尼板中的阻尼层设计成具有周期方孔胞元的多孔阻尼结构,采用均匀化理论,计算多孔阻尼层的等效弹性张量。建立均匀化的约束层阻尼板有限元模型,计算多孔阻尼复合板的损耗因子。以多孔阻尼层等效剪切模量为设计变量,以结构模态损耗因子最大化为目标函数,对多孔阻尼复合板中的阻尼胞元进行尺寸优化。给出数值算例,并与商业有限元软件计算结果进行对比,结果表明：采用均匀化理论,对多孔阻尼复合板中的阻尼胞元尺寸进行优化是可行的,采用优化后等效剪切模量设计的阻尼胞元尺寸,不仅阻尼材料用量大为减少,减振效果也有所增强,该方法对约束阻尼结构的优化设计具有一定指导意义。     

宽度方向附加局部磁约束阻尼条的夹心板的振动特性

在柔性结构的减振处理中,传统被动无磁约束减振(PCLD)方法已被广泛采用,但是由于阻尼材料特性受温度和频率的影响,其减振效果受到限制。而采用在约束层上设置永磁体的方法(MCLD)可使阻尼层达到比传统约束阻尼处理方法更高的剪应变,从而增强粘弹层的阻尼耗能,提高低阶模态的减振效果。针对悬臂板的(m=1,n=1)、(m=2,n=1)的两阶扭转模态,在这两阶的方向上的节线y=B/2处设置永磁体,节线两侧设置磁约束阻尼层,研究MCLD的阻尼改进效果及规律。研究表明,在悬臂板的自由端铺设磁阻尼层时,能有效地提高阻尼减振效果;另外,对不同阻尼层的宽度,MCLD仍具有提高阻尼的能力。     

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。     

扩变约束阻尼复合结构设计与试验研究

在典型的约束阻尼结构中引入大厚度高剪切模量扩变层可提高减振效果,且一定范围内扩变层厚度越大,结构中的阻尼层振动过程中的剪切变形越大,减振效果越好。但厚度超过一定限度后,大厚度高剪切模量扩变层的引入又会影响约束阻尼结构整体弯曲变形,从而对减振产生不利影响。在本研究中,采用一种高剪切模量的硬质材料作为约束阻尼结构的扩变层,通过对扩变层开槽(镂空设计),可在较大厚度、较大剪切模量的设计下保证整体结构的弯曲变形,实现了较好的减振性能设计。设计了6种不同约束阻尼复合结构,以10 mm厚钢板为减振对象,采用模态应变能仿真计算法对敷设6种不同约束阻尼复合结构构件分别进行了模态和振动频响特性分析,并制备了相应的300 mm×300 mm规格小样,完成了减振试验验证。     

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。     

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。     

垂度拉索-惯质阻尼器体系的减振分析

提出一种利用齿轮齿条、惯质元件和黏滞阻尼元件组合的拉索用新型惯质阻尼器,给出了阻尼器各元件参数的理论设计方法,并指出了其耗能原理。利用理论推导结合数值计算的方法给出其单体耗能性能,建立了拉索-惯质阻尼器体系的平面内运动方程,使用复模态分析法,给出了考虑垂度拉索-惯质阻尼器体系的模态阻尼比计算公式。针对某实际拉索,使用无量纲化分析方法,给出了实索惯质阻尼器的设计参数及相应的拉索模态阻尼比。研究了同一惯质阻尼器参数对不同拉索振动模态的减振效果。结果表明,当有垂度拉索在惯质或阻尼增大时会趋近于本阶次的嵌固频率。针对某实际超长拉索,当目标减振模态阶数不太多时,经过惯质、黏滞阻尼及安装位置等多参数调谐之后,可获得优于现有黏滞阻尼器的广谱减振效果。