复合结构减振优化设计模型研究

复合材料由于具有低密度、高阻尼和良好的比强度比刚度等特性而被工程结构设计广泛采用。复合材料结构设计的特点在于力学性能设计和结构设计相结合,设计变量多,影响因素更为复杂,优化设计工作显得尤为重要。基于不同减振评价指标,结构动力学优化设计可以采用不同优化模型,减振效果也相差很大。本文以钢-复合材料复合基座结构为例,研究采用功率流落差与振级落差进行减振效果评价,以结构总重量或评价点输出功率流等为目标函数,以钢板厚度、复合材料铺层数和铺层角度为设计变量,考虑应力约束时各种结构动力学优化数学模型,并采用多岛遗传算法进行求解,比较减振效果。研究表明,采用复合结构功率流优化模型能获得更佳减振效果。     

材料选型优化在结构减振中应用研究

以结构振动功率流为减振评价标准,基于金属铺层假设,以结构材料属性、材料铺层数量为设计变量,建立基于金属-复合材料的材料选型结构动力学优化模型。并以船艇钢-复合材料组合结构基座为例进行多设计变量、多约束条件的动力学优化研究。结果表明,采用功率流为目标的优化模型,结合金属-复合材料选型优化,可使船艇基座结构具有优异的抑振性能。计算结果验证了该方法的可行性与有效性。     

综合考虑减振与抗冲击性能的复合基座设计方法

常规基座减振与抗冲击性能在设计中难以兼顾,为此提出了一种利用蜂窝构建负泊松比效应,采用组合结构型式,结合结构动力学优化设计技术的新型减振与抗冲击复合基座设计方法。以某舰用设备基座为例,采用数值方法,对新型复合基座减振与抗冲击机理进行研究。研究表明,常规面板、常规肘板和蜂窝腹板组合式复合基座减振抗冲击是利用了阻抗失配和蜂窝结构吸能两种效应。建立了以基座面板厚度、肘板厚度和腹板蜂窝胞元壁厚为设计变量,在单一减振指标约束和减振抗冲击双指标约束下的复合基座动力学优化设计模型。数值优化结果证明,采用新型负泊松比效应蜂窝腹板组合结构,利用减振及抗冲击双指标约束下的动力学优化设计模型,可设计出减振与抗冲击能力俱佳的复合基座。     

基于铺层设计特征的碳纤维增强复合材料悬架控制臂结构优化

基于铺层设计特征,提出一种使用碳纤维复合材料对承载结构件进行结构优化设计的方法和流程.该方法综合考虑结构几何特征、材料铺层方式、铺层厚度及铺层角度在设计环节中的序列关系,通过几何设计空间构建、离散变量多目标优化、基于工艺可行性的最优决策等方法实现结构设计.以碳纤维增强复合材料悬架控制臂的轻量化设计为例:首先,以钢质控制臂结构为参考建立复合材料控制臂的几何设计空间;然后,以复合材料铺层便利性为原则对其进行结构设计,采用准各向同性铺层对控制臂的铺层厚度进行设计;进而,以提高控制臂刚度和1阶固有频率为目标,使用优化算法对铺层角度进行多目标优化设计;最后,以工艺可行性为约束对优化结果进行筛选并最终完成结构设计.结果表明,所设计复合材料结构具有更大的刚度和1阶固有频率,并且与钢质结构相比减重47.9%.所提出的方法能够较好地兼顾结构特征和复合材料设计要求之间的关系,为复合材料结构优化设计理论与方法的发展提供有益参考.     

压电复合材料结构的减振/致动性能优化

压电复合材料由于其优越的机械能-电能转换能力，既可用于吸收结构振动能量进行减振，也可施加电压进行致动，但是针对减振与致动性能的设计异同点未被探讨与研究。针对碳纤维-玻璃纤维-压电纤维组成的多层压电复合材料结构的减振及致动性能进行设计与优化，给出了相应的结构铺层建议及优化结果。所设计的复合材料结构包括多层单向混合纤维复合基底和分布式压电片两个主要部分，基底中碳纤维、压电纤维和玻璃纤维对称铺设，压电片贴于基底最外层。基于Euler-Bernoulli梁理论及Hamilton原理推导了压电复合材料结构的机电耦合模型并分析其动力学特性。通过对比不同铺层顺序下结构的减振与致动性能，得到了混合控制结构的最佳铺层顺序。在此基础上，使用遗传算法对分布式压电片贴附位置和整体复合结构中的铺层角度进行优化，分别提升了结构的减振和致动性能。结果表明，分布式压电贴片在最外层时减振效果最好，压电层在内部时致动能力更优。压电贴片的贴附位置优化后，相比于在高应变区贴附的经验布置策略，前三阶模态减振性能分别提升了0.67 dB、0.77 dB及1.87 dB;碳纤维和玻璃纤维铺层角度分别为90.001 5°、53.06...     

基于材料选型优化的金属-复合材料组合结构-声辐射优化

基于金属铺层假设,以结构材料属性和材料铺层数量为设计变量,建立了基于金属-复合材料的材料选型结构-声辐射优化设计模型。以钢-纤维增强复合材料组合结构为例,开展了多设计变量、多约束条件的结构-声辐射优化研究。最后,采用遗传算法进行求解,实现了结构材料的转换。数值算例表明,通过金属-复合材料组合结构的材料选型优化,可以有效降低钢-纤维增强复合材料结构的振动和声辐射。文中的研究方法为结构材料的分布优化提供了一种可行有效的思路。     

《有限元功率流落差计算方法研究》

给出基于有限元法的各种力学构件如隔振器、梁、板及其组合结构有限元功率流计算公式。通过对板梁组合结构有限元功率流落差与振级落差计算,研究两种评价方法的优缺点。研究表明,减振设计中应综合关注振级落差与功率流落差,协调降低,这样才能获得较佳的系统减振效果。     

基于临界刚度的复合材料筋材多变量优化设计方法

以船舶结构优化设计为背景,针对目前结构安全余量过高导致加筋板板筋刚度过匹配现状,提出板筋刚度匹配临界刚度的概念,推导了板筋刚度比关系式。以T型复合材料筋材为对象,建立优化模型,基于Isight软件平台对设计变量进行灵敏度分析,简化设计变量。采用多岛遗传算法对筋材开展多变量优化设计,结合工程实际在筋材优化结果基础上确定设计方案,并开展复合材料加筋板力学性能试验研究,验证了多变量优化设计方法的可行性。研究表明:利用提出的加筋板板筋刚度比关系式,可以指导板筋刚度匹配设计;对T型复合材料筋材进行优化设计时,提升腹板高度对优化目标影响最明显;在等刚度约束前提下,提出的T型筋材优化设计方案能够较好地实现优化目标,同时保证了较优的经济性。      

刚度-质量-阻尼综合优化的船舶减振统一阻抗模型法

提出了船舶减振统一阻抗模型法,以结构阻抗值衡量减振能力,探讨同步进行刚度-阻振质量-阻尼材料综合配置的结构动力学布局优化设计。分别建立了基于结构原点阻抗、传递阻抗和阻抗级落差描述的三种动力学布局优化模型。以某军舰基座减振设计为例,验证所提出的统一阻抗模型法。算例中以基座各构件的厚度和大质量阻振方钢截面尺寸为尺寸设计变量,方钢和阻尼材料的布局为拓扑设计变量,利用模型映射变换方法,将该离散优化模型连续化。利用近似代理模型方法,求解该多频段动力学优化问题,验证刚度-阻振质量-阻尼材料同步优化设计的优越性。     

复合材料火箭定向管铺层角度优化

运用ABAQUS的二次开发语言对复合材料定向管进行参数化建模,通过火箭弹发射过程的瞬态动力学分析对复合材料定向管的铺层角度进行优化设计,以提高其结构强度。设计过程中利用优化软件iSIGHT集成有限元分析软件ABAQUS,采用多岛遗传算法和序列二次规划法相结合的优化算法,进行瞬态动力学的优化。经过优化设计,得到了合理的铺层角度,使复合材料定向管的强度性能有了显著提高。     

特种纸材料在包装设计中的研究与应用

以特种纸材料在当代包装设计中的设计与应用为启示,分析了特种纸材料的类别与特性,并结合特种纸材料在包装设计中的应用案例,论述了特种纸作为包装设计原材料的独特价值。在此基础上,提出了特种纸材料在包装设计中应用的基础,必需是设计者对其特性以及相关加工工艺的熟练掌握,并总结出特种纸材料在包装设计中的应用应同时符合艺术美感以及商业消费的要求。     

浮筏隔振系统隔振效果统计能量分析估算方法

针对船用浮筏隔振系统,基于统计能量分析法建立了一种浮筏隔振系统的统计能量分析模型,采用振级落差方法估算浮筏隔振系统的隔振效果,并与试验结果进行对比,理论预测与实测值基本一致,在一定精度范围内满足工程估算要求。     

Systems design of hierarchically structured materials: Advanced steels

A systems approach integrates processing/structure/property/performance relations in the conceptual design of multilevel-structured materials. Using the example of high performance alloy steels, numerical implemen- tation of materials science principles provides a hierarchy of computational models defining subsystem design parameters which are integrated via computational thermodynamics in the comprehensive design of materials as interactive systems. Materials design class projects address application of the methods in metals, ceramics, and polymers for special applications.     

100 m高钢混烟囱小倒塌夹角拆除爆破

为解决山东华金热电厂改扩建工程中废弃的100 m高钢混烟囱安全爆破问题,综合考虑四周厂房众多、倒塌区域有限、烟囱底部结构复杂且沿设计倒塌中心线不对称等情况,借用烟囱原有检修门洞设计对称卸荷槽、采用水钻取芯密孔切割工艺精准开设定向窗、电子雷管0 ms延时同段起爆,在倒塌方向铺设多道缓冲堤并覆盖草垫和毛毡布等柔性材料,实现了烟囱的安全倒塌,实际着地中心线同设计的倒塌中心线偏差仅3°左右,达到了预期的爆破效果,可为同类爆破工程提供参考和借鉴。     

多孔陶瓷的直写成型工艺研究进展

多孔陶瓷内部含有大量三维孔隙,具有轻质、高强、高比表面积、低导热系数等特性,但是多孔陶瓷的传统制备工艺对结构和性能的可控性较低,很难满足先进能源、航空航天、电子信息等领域的发展对多功能高性能材料的需求。直写成型工艺是一种制造成本低、材料使用性广、技术可拓展性高的3D打印工艺,不仅可以直接制备具有轻量化特点的多孔陶瓷,而且结合其他工艺可以实现多孔陶瓷的层级结构和多功能化,有望实现设计与制造、材料与器件、结构与功能的一体化。介绍了直写成型法3D打印多孔陶瓷的工艺原理,综述了直写成型法直接制备多孔陶瓷、直写成型结合乳液/泡沫法和冷冻干燥法制备层级多孔陶瓷的研究进展。由于工艺柔性高,直写成型法能够与其他方法良好融合,以制备具有特殊结构和性能的多孔材料,尤其是兼顾高强度、高孔隙率和形状可控性的层级多孔陶瓷。最后,总结了目前直写成型工艺制备多孔陶瓷的优势和不足,并对打印材料性能、打印设备和主要应用领域的发展进行了展望。     

齿轮箱减振效果评估测试研究

齿轮箱是船舶动力装置的一个重要部件,常因振动而出现故障,也是舰船振动与噪声的主要根源之一,所以必须要对其进行减振处理.对某型齿轮箱振动烈度和振级落差进行了测试,详细分析了测试结果,对该齿轮箱的减振效果进行了评估,结果表明该齿轮箱的减振措施达到了预期的效果.最后,还对测试提出了建议.     

上海新建电影对白录音棚的建声设计

电影对白录音棚是对音质具有极高要求的电影译制技术用房。文章论述了上海电影译制厂新建电影对白录音棚的音质技术指标、混响特性控制设计、声学材料与结构的设计与配置、声场扩散与声学装修设计、噪声控制设计及音质鉴测结果等。     

Cryogenic liquid level monitor using a frequency to voltage converter

A simple cryogenic liquid level monitor based on a frequency-to-voltage converter is described. The monitor is simple to construct and its design obviates the need for special techniques to eliminate the effects of stray capacitance. It has excellent linearity, high sensitivity, and uses a simple two-terminal capacitance probe.     

梯流筛筛分机理的研究

基于弹性筛面潮湿细粒物料筛分理论 ,研究了梯流筛筛面动态特性 ,提出了梯流筛筛条设计公式 ,认为梯流筛能较好地完成难筛分物料的筛分任务 ,是其筛面弹性振动大 ,开孔率相对较高的本质所在