磁约束阻尼的减振机理

采用在约束层端部上设置永磁体的新方法可使阻尼层获得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。本文应用Hamilton原理，考虑永磁体的影响，推导了对称双层夹心悬臂梁的运动方程，对模型进行了实验验证；分析了一阶共振时，永磁体对共振振幅、阻尼层剪应变、约束层作用力的影响，阐明了新型的磁机敏约束阻尼方法的减振机理。     

磁橡胶约束阻尼处理的摩擦耗能机理研究

基于周期耗能相等的原理,将磁橡胶约束阻尼悬臂板(MRLD)与传统的约束阻尼悬臂板(PCLD)等价,研究MRLD的摩擦耗能机理.研究表明,摩擦力Fs主要是通过改变阻尼层发生滑移的区域来影响MRLD的阻尼.在同一模态,尽管激励力不同,但所能获得的最大损耗因子是一样的.     

切割对约束阻尼悬臂板振动特性的影响

基于模态应变能理论来研究带多块阻尼层悬臂板的能量耗散问题;针对悬臂板的第一阶弯曲模态和第一阶扭转模态,得到阻尼层在不同剪切模量下,沿着悬臂板的不同方向切割阻尼层时的减振结果.研究表明,对于悬臂板的第一阶弯曲模态和第一阶扭转模态,阻尼层的剪切模量Gv对阻尼层在切割后所能引起减振效果影响较大;在相同的剪切模量下,不同的切割位置以及不同的阻尼层切除长度对阻尼效果也都会产生不同程度的影响效果.在合适切割位置,采用覆盖面积较小的阻尼层,也可获得与全覆盖接近的阻尼.     

阻尼加强筋板架减振性能试验研究

基于试验模态分析,考察船用加强筋板架模型在不同敷设位置,全部进行约束阻尼等处理方式对系统动态特性的影响。试验结果表明:(1)板架表面进行约束阻尼处理后,在不同测点位置,结构表面振动均有不同程度的衰减;(2)阻尼减振作用与激励源传播距离有关,在激励点位置,阻尼减振效果不佳;(3)阻尼减振效果与激励方式、阻尼敷设位置均有一定关系,局部阻尼处理在特定情况下可达到与全部阻尼处理相当的减振效果。     

约束阻尼层在输电塔风振控制中的应用

约束阻尼层是机械及航空工程中常用的阻尼减振方法之一。讨论了在1 000 kV特高压输电线路典型钢管塔应用约束阻尼层的风振控制问题。首先给出了粘弹性阻尼材料的基本力学特性和约束阻尼层的两种有限元建模方法。通过ANSYS对一简单约束阻尼层结构采用两种不同有限元模型进行数值仿真分析比较,给出了在ANSYS中准确模拟这类结构的途径。应用这一建模方法对钢管塔主材安装约束阻尼层后的减振效果进行了数值仿真。结果表明,在主材设置约束阻尼层后杆塔一阶纵向和一阶横向弯曲模态阻尼比均有较大提高,但扭转模态的模态阻尼比提高很少。时域风振分析表明,设置约束阻尼层后塔顶的顺风向加速度响应显著降低。最后从结构及阻尼层的模态应变能角度建议了阻尼材料及约束阻尼层设置部位的选取原则。     

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。     

粘弹性阻尼材料阻尼处理及在船体振动控制中的应用

介绍了基于复刚度原理推导的自由及约束阻尼结构损耗因子理论评估计算公式,并对相关参数变化影响规律进行了理论分析,初步确定了阻尼结构形式及材料参数。为评估阻尼设计方案对实际船舶舱室的减振降噪效果,建立船舶局部舱室结构的1∶2.5缩比模型结构,采用模态锤击测量方法,对阻尼处理前、后舱室振动及噪声特性展开试验研究。试验结果表明,约束阻尼处理能明显抑制结构的模态共振。在2.5 mm厚舱室围板粘接1.7 mm厚约束阻尼层后,最大减振量为11 d B,最大降噪量达到9 d B。最后,对约束阻尼处理后的航行船舶进行实船噪声测试,噪声测试结果均满足IMO-468噪声指标要求。     

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。     

玻璃钢约束阻尼复合结构的阻尼特性

以玻璃纤维增强树脂作为约束层主要材料、丁腈橡胶为阻尼层、钢板为基板制备约束阻尼复合结构, 运用动态黏弹谱仪和悬臂梁共振法, 研究温度、约束层刚度和阻尼层结构对约束阻尼复合结构减振效果的影响。结果表明:自由阻尼复合板的最大阻尼范围落在阻尼层的玻璃化转变区;玻璃钢约束层能将复合结构的阻尼拓展至阻尼层的高弹态区域, 增加阻尼层厚度可以提高约束复合板的阻尼性能;提高孔隙率同样有利于约束复合板阻尼性能提升;铝板约束层提升作用尤为显著, 然而在海洋环境、干湿交替等强腐蚀场合中, 铝板极易腐蚀而丧失约束功能, 因此在这类特殊场合下耐腐蚀的玻璃钢具有优势。      

层间过渡约束阻尼结构动力响应的分布参数传递函数解

针对传统约束阻尼结构振动能耗散有限问题,引入“层间过渡层”设计的概念,提出一种层间过渡约束阻尼结构,采用分布参数传递函数法对该结构进行了动力响应分析。经推导,得到了阻尼结构的各阶损耗因子和频率的解析解,并进行了有限元仿真验证,二者计算结果吻合良好。以悬臂阻尼板为例,探讨了过渡层参数行为对其频响特性的影响,结果表明,在结构振动时,过渡层可将变形传递给阻尼层,起到放大阻尼层的剪切变形作用,从而耗散更多的振动能量;同时还讨论了过渡层的厚度、剪切模量、密度与泊松比对结构固有频率和损耗因子的影响,为进一步优化工作打下了良好基础。     

Vibration suppression of a CLD treated plate subject to a harmonic traveling load

Abstract

The vibrations of an annular plate with constrained layer damping (CLD) treatment subject to a traveling load are investigated. The equation of motion, after employing the assumed‐mode method, Donnell‐Mushtari‐Vlasov assumption and the Hamilton principle yielded terms of three plates’ displacements. The response is eventually, for each n, in terms of a single degree of freedom (SDOF) linear oscillator with hysteretic damping. The solution to a harmonic traveling load is then solved and discussed. Numerical results showed that the CLD treatment imposed significant damping onto the plate, especially as the plate reached its resonance. The interaction of harmonic driving frequency and traveling speed was also looked into. The results showed that to have the best damping effect, a relatively thin Visco Elastic Material (VEM) layer was enough and the damping was the most significant for n=0 and n=1 modes.     

Vibration and damping characteristics of beams with active constrained layer treatments under parametric variations

Hybrid damping designs with active piezoelectric materials and passive viscoelastic materials (VEMs) combine the advantages of both active and passive constrained layer damping (ACLD/PCLD) treatments.Researchers have established the standards for the extent and placement of the PCLD treatment for common structures. However for ACLD treatment, such detailed studies are not available. This study is aimed to examine, the effect of parametric variation of active constrained layer on the vibration control of the beams treated with optimally placed active or passive constrained layer damping patches. Finite element model is developed to model the open-loop and close-loop dynamics of active/passive constrained layer damping treated beam. The placement strategies of ACLD patches are devised using the modal strain energy (MSE) approach. Extensive experimentation studies are conducted by making twenty one separate samples of ACLD/PCLD treated beams with variations in viscoelastic material layer thickness, ACLD/PCLD patch coverage and location of the patch. Effects of key parameters, such as control gain, viscoelastic material thickness, coverage and location variation of ACLD patch on the system loss factor have been investigated. The careful analysis of results from partially covered ACLD treated beam suggests that the maximum damping of the first mode can be achieved by attaching the ACLD patch only up to 50% coverage. It also reveals that with proper choice of the control voltage and thickness, the effective loss factor can be almost doubled. The present study suggests the potential use of parametric studies that establish some guide lines for the extent and placement of the ACLD patches on the cantilevered beam.     

Experimental study on vibration and damping of curved panel treated with constrained viscoelastic layer

This paper presents experimental investigation on the damping effects of constrained layer damping treatment on a curved panel. Vibration attenuation of the curved panel is achieved by attaching constraining layer damping patches at the optimal locations. The placement strategies of constrained layer patches are devised using the modal strain energy (MSE) method. Locations for application of damping patches are those, where modal strain energy is maximum for the particular mode. The treatment is then applied to the elements that have highest MSE in order to target specific modes of vibrations. Extensive experiments are conducted by making number of separate samples of viscoelastic and constrained layer damping patches for each configuration to damp different modes simultaneously or independently. The experimental results demonstrate utility of the modal strain energy technique as an effective tool for selecting the locations of the constrained layer damping treatment to achieve desired damping characteristics over a broad frequency band.     

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。