考虑瞬态响应的薄板结构阻尼材料层拓扑优化

讨论了敷设阻尼材料的薄板结构考虑瞬态响应时阻尼材料层的最优布局问题。基于SIMP方法构造人工阻尼材料惩罚模型和结构拓扑优化模型,以阻尼材料的相对密度作为设计变量,在给定阻尼材料用量的条件下,最小化结构瞬态位移响应的时间积分。由于结构整体呈现非比例阻尼特性,采用逐步积分法对结构的振动方程进行求解。通过伴随变量法得到目标函数对设计变量的灵敏度表达式,在此基础上采用基于梯度的移动渐近线方法求解。数值算例验证了优化模型与算法的合理性和有效性。     

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。     

约束阻尼板结构振动声辐射优化

根据经典薄板理论,建立约束阻尼板有限元模型,将其视作镶嵌于无限大刚性障板,利用Rayleigh积分法推导结构的辐射声功率及灵敏度表达式。以一阶峰值频率或频带激励下的声功率最小化为目标,约束阻尼材料体积分数为约束条件,建立拓扑优化模型,采用渐进优化算法,编制了优化计算程序,获得了约束阻尼材料的最优拓扑构型,并与全覆盖板及基板的辐射声功率进行了对比。研究表明：以声功率最小化为目标,对约束阻尼材料布局进行拓扑优化,能有效抑制结构的振动声辐射,为结构低噪声设计提供了重要的理论参考和技术手段。     

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。      

约束阻尼结构对阻尼峰移动的影响

通过对ＳＡ－３Ｃ、Ｔ５４／６０型阻尼材料复合前后阻尼性能的测试及用数学优化法对测试数据进行计算机模拟处理，建立了拟合方程。讨论了约束阻尼结构、多层阻尼结构和不同阻尼材料对阻尼峰移动的影响。     

阻尼减振材料滞弹性位移场模型参数寻优及计算

针对阻尼材料滞弹性位移场模型多参数、多目标、非线性优化问题,给出了一种粒子群算法与序列二次规划法相结合的多参数变量寻优解法,并将模型优化结果与标准流变学模型、分数导数模型及试验结果进行了比较。基于ADF数学模型建立了粘弹性集中参数系统及阻尼夹芯板结构的动力学方程,并进行了结构模态响应分析及阻尼预测。计算结果表明：该组合寻优解法不仅能得到较好的最优解,而且确定出的模型参数准确可信,优化后的ADF模型能很好的再现阻尼材料的本构特征。     

一种非比例振型阻尼模型及在大规模非线性分析中的应用

该文通过有限元模型的节点振型阻尼比构造了一种非比例振型阻尼模型;给出了非线性显式格式中该文模型阻尼力的高效算法,并结合实际工程对显式求解的稳定性进行了分析。将该文提出的非比例阻尼模型和高效算法在自主研发的CPU+GPU并行非线性分析软件中进行实现,对有限元模型自由度数达到百万量级的超高层钢-混凝土混合结构广西东盟塔进行动力时程分析,对该文并行算法的效率和非比例阻尼对结构动力响应的影响进行了研究。     

Structure/control optimization to improve the dynamic response of space structures

An integrated structural/control optimum design algorithm is presented. The algorithm can be used to modify the structural design variables to improve the dynamic response of a space structure with constraints on the damping parameters and the frequency distribution of the closed-loop system. The method used a nonlinear mathematical programming approach to obtain a structure with minimum weight that satisfies all the constraints. Application of the algorithm is illustrated by designing a truss structure.     

颗粒阻尼技术在制动鼓减振方面的应用研究

颗粒阻尼器具有不改变结构形状、附加质量小等特点,在其他被动阻尼常失效的恶劣环境下仍具有良好的减振效果。然而,传统的颗粒阻尼器设计通常依靠试验的方法。研究了颗粒阻尼技术在汽车制动鼓减振降噪领域的应用,基于离散元和有限元的耦合方法分析颗粒阻尼在汽车制动鼓上的应用,使颗粒阻尼减振器在旋转结构上的研究成为可能。结果表明:颗粒阻尼技术在汽车制动鼓减振降噪领域的应用是可行的,仿真结果与试验结果具有很好的一致性。     

A consistent penalty method for contact between a deforming viscoplastic workpiece and a rigid tool

A methodology is presented for enforcing a contact constraint between a viscoplastic workpiece and the tooling which deforms it. The algorithm is based on a consistent penalty approach wherein an elemental discretization permits elimination of contact tractions prior to solution for the velocity field. When written in rate form, the new algorithm allows contact constraints to be embedded in a viscoplastic formulation without altering the structure of the global matrix equation. Examples are presented to illustrate its use in metal forming simulations.     

The geodesic dynamic relaxation method for problems of equilibrium with equality constraint conditions

This paper presents an extension to the existing dynamic relaxation method to include equality constraint conditions in the process. The existing dynamic relaxation method is presented as a general, gradient‐based, minimization technique. This representation allows for the introduction of the projected gradient, discrete parallel transportation and pull back operators that enable the formulation of the geodesic dynamic relaxation method, a method that accounts for equality constraint conditions. The characteristics of both the existing and geodesic dynamic relaxation methods are discussed in terms of the system's conservation of energy, damping (viscous, kinetic, and drift), and geometry generation. Particular attention is drawn to the introduction of a novel damping approach named drift damping. This technique is essentially a combination of viscous and kinetic damping. It allows for a smooth and fast convergence rate in both the existing and geodesic dynamic relaxation processes. The case study was performed on the form‐finding of an iconic, ridge‐and‐valley, pre‐stressed membrane system, which is supported by masts. The study shows the potential of the proposed method to account for specified (total) length requirements. The geodesic dynamic relaxation technique is widely applicable to the form‐finding of force‐modeled systems (including mechanically and pressurized pre‐stressed membranes) where equality constraint control is desired. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

简谐激励下阻尼复合结构多尺度拓扑优化设计

目的 为得到抗振性能良好的板壳结构,保证设备的正常工作,文中提出一种板壳阻尼复合结构多尺度优化设计方法。方法 以动柔度为目标,建立频域激励下和固定频率点激励下板壳阻尼复合结构中阻尼材料宏观分布和微结构协同设计的多尺度问题的数学模型,推导目标函数和约束条件对设计变量的灵敏度,并基于移动渐近线法求解优化数学模型。结果 所提多尺度设计方法可以有效获得板壳结构最优阻尼材料宏观布局和最优阻尼复合材料微结构构型,提高了结构的动力学性能,同时结果也表明涂敷阻尼复合材料结构的振动响应相较于仅涂敷单一阻尼材料的振动响应大幅减小。结论 研究表明,不同激励频率下阻尼材料的宏观分布形态不同,阻尼材料主要分布于结构模态振型位移的最大处和支撑端,通过加强结构的刚度,抑制了结构变形,减小了振动响应。微结构构型基本类似,其基本形态都是低刚度、高阻尼材料呈条状分布,条状分布的阻尼复合材料微结构在受弯方向上的刚度较大,可以有效抵制结构的弯曲变形。     

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。     

非比例阻尼结构参数识别算法的研究

在地下结构的地震响应中,无限地基的辐射阻尼起着重要的影响,然而其阻尼形式同结构的比例阻尼假定不同。同样,对于施加隔振、减震措施的建筑结构,其系统阻尼也不再满足比例阻尼假定,在结构参数识别中将阻尼阵假定为与刚度阵形式相似的方法不能反映实际结构参数。从研究结构的阻尼模型发发,引入了节点堆积阻尼,这样形成的阻尼与刚度、质量既有一定的联系,又有一定的独立性。以剪切型结构为例对此做了详细说明,结果表明,引入堆积阻尼后,进行参数识别的结构动力学方程是一个非线性识别问题,在此基础上提出了基于最小二乘平均的非线性迭代识别算法。     

碳纤复合约束阻尼结构共固化成型及其性能研究

使用共固化成型工艺制备了含碳纤复合材料约束层的轻质约束阻尼结构,采用180°剥离强度测试、振动性能测试对结构界面结合强度、减振性能进行测试,并通过扫描电镜观测试样内部界面微观形貌。结果表明,所制备碳纤复合约束阻尼结构中约束层与阻尼层界面结合紧密,剥离强度接近5 k N/m,减振量超过19d B,结构减重50%以上,具备较高的应用价值。     

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.     

Computational fracture analysis of concrete gravity dams by crack-embedded elements––toward an engineering evaluation of seismic safety

From a point of view to utilize fracture mechanics of concrete for the solution of engineering problems, the problems in crack modeling, computational algorithm, and damping implementation are discussed in conjunction with safety assessment of concrete dam against large earthquakes. It is shown that the formulation for the crack-embedded element has an analogy with that of computational plasticity. This analogy enables us to utilize the return-mapping algorithm well established in computational plasticity for the dynamic analysis of crack growth in concrete. The ways of implementing damping to avoid diffused cracking are presented and simple examples of numerical analysis are shown to demonstrate the effect of damping and the performance of appropriate damping implementation for cracked elements.     

Modelling and scheduling analysis of multi-cluster tools with residency constraints based on time constraint sets

This paper is dedicated to the scheduling problem of multi-cluster tools with process module residency constraints and multiple wafer product types. The problem is formulated as a non-linear programming model based on a set of time constraint sets. An effective algorithm called the time constraint sets based (TCSB) algorithm is presented as a new method to schedule the transport modules to minimise the makespan of a number of wafers. In approach, time constraint sets are maintained for all the resources and necessary operations to exploit the remaining production capacities during the scheduling process. To validate the proposed algorithm on a broader basis, a series of simulation experiments are designed to compare our TCSB algorithm with the benchmark with regard to cluster factor, configuration flexibilities and the variation of the processing times and residency constraint times. The results indicate that the proposed TCSB algorithm gives optimal or near optimal scheduling solutions in most cases.     

基于分段常数水平集方法的声振耦合系统拓扑优化

针对结构与无限大声场的声振耦合系统中结构的双材料拓扑优化问题进行了研究。采用有限元与边界元方法分别对结构和声场进行离散。基于分段常数水平集(piecewise constant level set,PCLS)方法,构造了结构的刚度阵、质量阵与阻尼阵。优化目标选为最小化结构指定位置的振幅平方,采用伴随变量法进行灵敏度分析。引入二次罚函数方法来实现体积约束,基于灵敏度信息对优化参数进行重新定义,克服了参数的问题依赖性。数值结果表明优化设计可以显著降低结构的振幅,证实了优化方法的有效性。不同算例下体积约束在相同优化参数下均得到很好满足,说明了重新定义参数的优越性。     

基于次级通道前馈等效阻尼补偿的改进滤波x-LMS算法

研究了通过次级通道阻尼补偿提高滤波x-最小均方(Least Mean Square; LMS)算法性能的实现方法,提出了一种自适应前馈等效阻尼补偿方案;将前馈补偿器与自适应前馈控制器设计相结合,设计了基于前馈等效阻尼补偿的改进滤波x-LMS算法,改进算法保持了滤波x-LMS算法结构简单、鲁棒性强等优点。以柔性悬臂梁前两阶模态振动为控制目标,分别采用两种算法进行了主动减振仿真实验,结果表明本文提出的改进滤波x-LMS算法具有更快的收敛速度。