粘弹性阻尼层设计的模态联合方法与实验

针对粘弹性阻尼层的设计,讨论了粘弹性材料的本构关系和基于模态计算的阻尼设计方法。阐述了基于模态联合方法的设计计算原理,并用仿真算例和实验对该方法进行了验证,结果表明,作为一种应用粘弹性阻尼层进行结构表面减振降噪的设计方法,该种方法是可行的。     

阻尼层对水下圆柱壳辐射声场的去耦特性影响

基于模态叠加法,采用Navier方程描述阻尼层,建立敷设粘弹性阻尼层的水下圆柱壳振动声辐射模型。与数值计算结果比对,验证了计算模型的可靠性。分析圆柱壳的径向均方振速和辐射声功率,研究了粘弹性阻尼层对水下圆柱壳辐射声场的去耦特性影响。结果表明,粘弹性阻尼层的径向均方振速频响曲线可以分作三个频段,当频率较高时,粘弹性阻尼层能降低辐射声功率;与壳体厚度相比,阻尼层厚度对阻尼层去耦特性的影响更大。     

敷设粘弹性材料的溜槽的试验模态分析

针对传统溜槽振动和噪声非常大的情况,设计了内部自由敷设粘弹性阻尼层的溜槽。文中应用了锤击激励法和LMS test. Lab振动测试系统对内部敷设粘弹性阻尼层的溜槽进行了模态试验,得到了前6阶固有频率、阻尼和振型,经过模态置信准则检验,所测试验模态参数真实有效。通过对试验结果的分析发现溜槽出口处的振动为扭转振动和弯曲振动的叠加,加工时应该加强出口处的强度以减小局部振动。研究结果为敷设粘弹性阻尼层的溜槽的优化设计提供了参考。     

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。     

基于Layerwise理论的共固化粘弹阻尼复合材料动特性分析

共固化粘弹性复合材料兼具结构承载和阻尼减振功能。针对传统的混合单元法在应用于粘弹性夹层复合材料结构阻尼性能分析时存在着前处理困难、计算规模大、精度低以及难以考虑正交各向异性铺层自身损耗能力的缺点,推导了一种基于Layerwise离散层理论的四节点四边形复合材料层合板单元,并利用直接复特征值解法建立了共固化粘弹性复合材料结构的阻尼性能分析方法。将该方法应用于不同的阻尼结构,分析结果与文献中已公开结果和混合单元法的计算结果进行了对比验证。结果表明,基于离散层理论的层合板单元具有计算精度高、前处理建模简单和计算规模小的优点,可有效应用于复杂共固化粘弹性复合材料结构的阻尼性能分析和设计。     

频率相关自由阻尼层复合材料加筋板动力分析

采用子空间迭代法和精细积分对敷设粘弹性阻尼层的含损伤复合材料加筋板结构进行了频率和动力响应分析。分析中对层合板和层合梁采用了Adams应变能法与Raleigh阻尼模型相结合的阻尼矩阵构造方法;对表面粘弹性阻尼材料则考虑了材料性质和耗散系数对激振频率与温度的依赖性,建立了频率相关粘弹性材料阻尼矩阵的计算方法。通过有限元分析,分别研究了敷设自由阻尼层无损伤和含分层损伤复合材料加筋板的自振频率和模态特征,并根据幅频曲线讨论了阻尼材料模量、耗散系数和阻尼层厚度等因素对结构响应的影响,提出的计算方法对通过合理选择阻尼层材料与几何参数来有效地控制加筋板结构的振动特性,具有一定的参考价值。     

粘弹性自由层阻尼管的有限元建模与试验研究

U型管是工业应用中的常见结构,也是振动破坏的多发部件.分析了局部黏附粘弹性沥青阻尼层U型管结构的动力特性.考虑弯曲成形过程中的厚度与截面形状变化,建立了自由层阻尼管的有限元精确模型,采用迭代法计算粘弹性结构的固有频率,进而采用模态应变能法,求得各阶模态附加的阻尼比.通过对有限元结果和试验结果的比较,验证所建立的有限元模型的正确性.最后,基于正交试验表,对阻尼层的粘贴宽度,厚度,位置等进行了试验研究,指出三种因素的对结构固有频率和阻尼比的影响,为复杂管道的减振设计提供了参考依据.     

粘弹性材料的ADF模型研究

采用GA-BFGS混合遗传算法建立了一套确定粘弹性模型参数的方法,对ADF模型进行参数拟合,并与标准流变模型,GHM模型及试验结果进行了比较。基于ADF模型的本构方程和控制方程,建立了粘弹性自由层阻尼悬臂梁的有限元方程。算例表明,本文确定模型参数的方法是有效的;同时通过对自由层悬臂梁的有限元模态分析,表明ADF模型在描述粘弹性材料本构关系中具有结构简单,计算精确,方便和有限元相结合的特点。     

卫星飞轮安装支架的粘弹性阻尼减振设计

应用粘弹性约束阻尼减振技术对某卫星飞轮组件安装支架结构进行振动抑制处理。约束阻尼技术能在不对结构作大的修改的前提下,提高结构的阻尼能力。首先建立原型支架结构的有限元模型,计算了其动态特性。分析了支架结构关键模态的应变能分布规律,确定出约束阻尼处理的铺敷位置。采用参数优化方法,比较了不同约束层厚度、不同阻尼层厚度设计情况下的结构阻尼性能,在满足附加重量和工艺限制要求的前提下,确定出阻尼减振设计方案。最后,将阻尼前后支架结构的加速度频率响应结果进行了对比,验证了在飞轮安装支架上应用粘弹性阻尼减振的合理性和有效性。     

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。     

《基于声辐射模态分析粘弹性阻尼板的声功率灵敏度》

本文利用声辐射模态模型分析了粘弹性阻尼板的声功率灵敏度,考察了在板上加自由阻尼层和粘弹性梁的两种情况,揭示了阻尼厚度变化对声功率灵敏度的影响。结果表明,适当增加阻尼层厚度和合理配置粘弹性梁的形式能够有效地控制板辐射的声功率。     

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。     

基于有效三维损耗矩阵的复合材料层合板模态阻尼预测

为了在复合材料层合板阻尼分析中既考虑层合板厚度方向应力、应变对结构阻尼的贡献,又不增加厚度方向的单元数量,基于复合材料的有效三维阻尼矩阵预报理论,建立了新的高效复合材料结构模态阻尼的三维有限元预测方法。沿层合板厚度方向将原结构分成若干亚层,每一亚层包含若干单层。根据合成理论计算每一亚层的刚度矩阵、柔度矩阵和有效三维阻尼损耗矩阵。对亚层划分单元,进行结构的有限元模态分析。根据模态分析结果,利用有效三维阻尼矩阵求出各个模态对应的模态阻尼。利用该理论,分别计算了单向层合板、对称层合板以及厚板的结构模态阻尼。数值计算结果表明,该方法具有很好的适用性,其优点在于既考虑了板厚方向的阻尼贡献,又减少了厚度方向的单元数,提高了计算的准确性和效率。      

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。     

边界粘弹性支承对矩形板强迫振动响应的影响

提出边界粘弹性支承对矩形板强迫振动响应影响的分析方法。该方法基于阻尼复模态分析,利用阻尼复模态的正交性,导出了板的完全解耦的模态方程;通过算例研究和讨论了粘弹性边界支承对板的振动响应的影响。     

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。     

自由层阻尼复合板减振特性的理论与实验研究

本文研究了自由层阻尼复合板的减振特性,导出了自由层阻尼复合板的抗弯刚度及基本模态损耗因子的计算公式以及振动方程,计算出四边简支单层金属板和自由层阻尼复合板的前几阶固有频率、基本模态损耗因子及受迫振动时中点动挠度,绘出了振动系统前几阶模态振型图。理论值与实验测试结果基本吻合。高速运行器的大功率动力装置构成结构的宽带随机振动源,激起结构的许多共振峰。为减小结构振动噪声和应力水平,需抑制各共振峰。由于宽带随机振动有丰富的频率,一般减振装置不能有效抑制,需采用粘弹性阻尼材料减振。自由阻尼层结构是将结构阻尼大的粘弹性材料粘帖或涂复在结构上如图1,它无需改变原结构且操作工艺简单,因而有重要应用价值。     

附加粘弹性阻尼器结构模态阻尼比的计算

对模态应变能法进行了分析,研究了应用模态应变能法设计附加粘弹性阻尼器结构模态阻尼比的有限元方法和步骤,并在通用结构分析程序填加了相应的程序段,举例分析了附加粘弹性阻尼器在结构中位置的不同对各模态附加阻尼的影响。     

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。     

附面阻尼随频率变化的复合材料层合结构随机振动分析

提出了敷设粘弹性阻尼层的复合材料层合结构随机振动分析的高效精确算法.考虑了粘弹性阻尼材料对激振频率的依赖性及Adams提出的复合材料层合结构的阻尼模型.为解决依赖频率变化的非经典阻尼的复杂结构,结合实模态降阶直接解法对虚拟激励法做了相应的发展,精确求解了降阶后的随机振动方程.以国产有限元程序系统DDJ为平台开发了相应的程序,并对波音737客机的水平尾翼的复合材料安定面结构进行模拟研究,从复杂的计算及合理的结论可以看出,本文中所提出的方法对复合材料的随机振动分析十分有效.