含弹性约束复合阻尼板的振动机理与特性

针对汽车车身减振降噪需求,开发新型复合黏弹性阻尼材料。基于经典的自由阻尼和约束阻尼耗能原理,提出了一种含弹性约束的具有剪切和弯曲复合耗能机制的复合阻尼层结构。基于层间位移连续关系和薄板理论建立了阻尼复合板的位移方程和应变能能量方程,针对局部阻尼敷设及四边简支边界条件,结合假设模态法,推导出了复合阻尼板的运动微分方程、振动频率特征值方程等,求解得到了复合阻尼板的固有频率及损耗因子。复合阻尼层可用于研究单相材料不同参数特性及多相材料性能对比,且随着弹性层的上移,减振性能越好。复合耗能机理公式的推导,也为其在汽车上应用提供理论依据。     

基于渐进法的约束阻尼结构拓扑多目标动力学优化

为实现阻尼结构减振优化,从阻尼材料的力学本构出发,基于虚功原理建立了约束阻尼板动力学平衡方程,从阻尼耗能角度推导出模态损耗因子解析计算式。构建了以模态损耗因子最大且模态频率变动最小为目标、以阻尼材料用量为约束的阻尼板多目标优化数学模型。在对模态损耗因子及模态频率灵敏度进行推导的基础上,构建了归一化复合灵敏度算式,并引入拓扑渐进法求解优化模型。编制出阻尼板渐近法优化程序,并对阻尼板进行了优化仿真。结果显示,采用多目标拓扑渐进优化,既能大幅提高阻尼材料的减振效能,又能保证阻尼板频率特性的稳定,且可较大幅度地降低阻尼材料用量。对阻尼板进行了谐响应分析,验证了优化结果的有效性。该优化法在对结构动力学特性有严格要求的减振设计中存在应用前景。     

含主动约束阻尼悬臂梁两种减振机理的模拟

以部分贴敷主动约束阻尼（active constrained layer damping，简称ACLD）悬臂梁为对象，研究了其所包含的两种减振机理的模拟方法。首先，通过分析ACLD结构的受力及变形，描述了ACLD减振中所包含的黏弹性层剪切耗能和压电层反相阻滞作用两种减振机理；其次，将黏弹性剪切变形体现在形函数中，再结合压电方程与力学公式推导出压电阻滞力，创建了包含两种减振机理的ACLD处理复合梁的动力学模型；最后，通过组建的ACLD悬臂梁减振实验系统对仿真分析结果进行了验证，同时对比分析了仅包含被动约束阻尼或压电反相阻滞单一减振机制以及ACLD处理时复合梁的时域响应。结果表明：仿真计算与实验值的最大偏差为18.6%，证明了所创建的包含两种减振机理分析模型的合理性；ACLD由于同时包含两种减振机理，其减振效果要优于单一的振动控制方法。     

考虑层间变形的约束阻尼圆柱壳振动特性分析

在约束阻尼减振结构中，中间的黏弹性层主要依靠基体及约束层的交错运动产生剪切变形而消耗能量，因而这种层间变形关系需要被有效引入以提升建模精度，为此采用有限元法对局部贴敷约束阻尼层圆柱壳进行了动力学建模方法研究。首先，基于Donnell''s薄壳理论，在考虑各层之间变形关系的基础上，推导了复合单元的刚度及质量矩阵；其次，构造了一种过渡单元来连接复合壳单元和仅有基体的单层单元，实现了局部贴敷约束阻尼层圆柱壳总刚度及总质量矩阵的有效组集；然后，在考虑复合圆柱壳弹性约束边界条件的基础上，确定了复合壳的运动方程，并给出了求解振动特性的公式；最后，进行了实例研究，通过与实验和ANSYS仿真结果的对比，验证了所提有限元模型的正确性，并进一步分析了约束层、阻尼层厚度变化对复合圆柱壳振动和阻尼特性的影响。     

机敏约束层阻尼薄板有限元建模与实验研究

基于Kichhoff薄板理论,考虑基层、粘弹性层和压电层的耦合运动及位移协调关系,采用有限元法建立了机敏约束层阻尼结构的单元动力学方程。在单元组集后的系统总动力学方程中将基层的弹性结构阻尼以比例阻尼的形式给出,同时为表征粘弹性材料随温度、频率变化的力学特性,结合GHM(GollaHughes-Mctavish)模型推导出了结构的有限元总动力学分析方程。以局部覆盖机敏约束层阻尼的对边固支板铝板为实例,通过动力学参数理论计算与模态试验对比分析,结果表明:考虑基层阻尼后的分析结果明显好于不考虑基层阻尼的分析结果,与实验更接近;在总动力学方程中引入GHM模型,可以用相对较少的耗散自由度得到较准确的有限元动力学模型,减少了计算工作量。     

局部粘弹性被动约束阻尼梁的振动分析

针对夹层约束阻尼梁结构的减振特性进行深入研究.应用粘弹性材料的耗能原理结合模态应变能法对局部粘弹性被动约束阻尼简支梁的振动特性进行数值分析,对梁铺设阻尼层前后的时域和频域特性分别进行比较,可以得出约束阻尼梁的振动得到有效抑制,同时看到模态应变能法对板梁结构的分析更便捷.     

黏弹性阻尼减振技术及其在梁类结构中的应用

对因结构特点或工作环境所限不能采用主动振动控制的结构,采用阻尼被动振动控制具有简单易行且可靠的优势.在对黏弹性阻尼材料黏弹特性进行分析的基础上,利用其耗能原理,建立约束阻尼层梁的动态有限元模型,并基于小变形线弹性理论对阻尼夹芯梁进行ABAQUS有限元仿真模拟.模拟结果表明,约束阻尼减振比自由阻尼减振更适合于梁类结构,合理设计阻尼层厚度可以在较短时间内消耗掉输入的振动能量,使结构振动减弱甚至趋于静止.所设计的环形夹芯约束层可以解决梁因中间添加较软黏弹阻尼层而造成的层间大变形错位以及刚度的削弱.     

约束阻尼板双线性材料插值法拓扑动力学优化

为减小阻尼板质量并提高减振性能,研究了结构动力学优化技术。构建了以移动常数与模态损耗因子差值为目标、阻尼层单元密度为拓扑变量、阻尼层体积用量及振动模态频率为约束的阻尼板优化模型。利用序列凸规划法构造目标函数的凸性逼近式,采用拉格朗日乘子法解算逼近函数,以获取全局优化的阻尼层布局。利用模态损耗因子与模态应变能的本构关系推导目标函数关于拓扑设计变量的灵敏度,基于K-T条件构造拓扑变量迭代式。引入双线性插值函数惩罚拓扑变量并使其值聚集于0或1,编写并实现了悬臂阻尼板优化程序。当阻尼层体积用量控制在50%时,1阶模态损耗因子增大52.29%,灰度单元占比1.78%。阻尼板谐响应分析表明优化构形具良好减振特性。双线性插值优化既能充分发挥阻尼层的耗能效力又可大幅减少灰度阻尼单元数。     

层间过渡约束阻尼梁有限元建模与振动-阻尼特性分析

三层约束阻尼结构常被用于工程结构的减振降噪设计中,为了增加其抗振性能,可在黏弹层和基层中间加入一层"过渡层",从而构成一种新的层间过渡约束阻尼结构。基于一阶剪切变形理论和哈密顿原理建立有限元模型,对该结构进行相应的振动和阻尼特性分析。为验证该模型正确性,与解析解进行对比,二者计算结果吻合良好。以悬臂阻尼梁为例,与传统的约束阻尼梁进行对比,计算结果表明增加"过渡层"可以增大结构的损耗因子,进而提高减振耗能效果。同时还讨论了过渡层的材料如何选择以及其参数对系统的固有频率和损耗因子的影响,为进一步的优化工作及实际工程应用提供了一定的参考。     

约束阻尼钢轨减振性能的有限元分析

为研究约束阻尼钢轨的减振性能,利用有限元软件建立标准钢轨模型、单层约束阻尼钢轨模型和多层约束阻尼钢轨模型。首先对其进行谐响应分析,获得3种钢轨的振动规律。然后以移动载荷模拟轮轨滚动接触行为,分析3种钢轨的动态响应规律。谐响应分析发现,约束阻尼在显著频率处可以有效地降低钢轨的位移峰值,多层约束阻尼钢轨减振效果最好。移动载荷激励下的结果也表明约束阻尼可以有效降低钢轨轨顶和轨腰的垂向位移,且多层约束阻尼钢轨减振效果优于单层约束阻尼钢轨。     

阻尼层厚度对复合材料夹芯板自由振动的影响

由于夹芯层的高阻尼结构,复合材料夹芯板结构具有较好的减振降噪的作用,因此在高端科技中得到大量的应用。基于经典板理论推导了复合材料夹芯板的振动平衡方程,首先通过实例验证了所推导的平衡方程的正确性,其次分两种情况研究了阻尼层厚度对复合材料夹芯板的自由振动的影响,结果表明:弹性层不变和总厚度不变两种情况下,随着阻尼层厚度的增大,前四阶固有频率逐渐降低,损耗因子值逐渐增大,并且后一种情况下更易获得较大的损耗因子值。     

齿轮被动减振技术研究

为了进一步完善齿轮被动减振技术,总结了齿轮被动减振技术的研究现状,深入研究摩擦耗能器(阻尼环、阻尼塞)和粘弹性耗能器(自由阻尼层、约束阻尼层)的减振特性,指出目前齿轮被动减振技术存在的局限生.通过实例证明压电分流阻尼技术应用于齿轮被动减振的可行性和正确性,系统研究了粘弹性阻尼和压电分流阻尼的减振特性,分析各自的优势和局限性,提出一种全新的齿轮被动减振方法一压电-粘弹性材料杂交阻尼减振技术,形成优势互补,为齿轮被动减振技术提出了一个新的研究方向.     

基于边光滑有限元法的二维复合弹性空腔声振特性分析

基于弹性梁的弯曲理论和黏弹层线粘弹性理论及黏弹层的耗散性能,将敷设黏弹层和约束层的二维复合弹性空腔的结构域等效成被动约束阻尼梁结构,并考虑结构域与声腔域的声振耦合作用,建立了二维复合弹性空腔的边光滑有限元耦合动力学控制方程.以二维全敷设复合矩形空腔模型为数值算例,通过与标准有限元法的比较,证明了边光滑有限元法具有更高的...     

重型汽车用阻尼减振降噪装置参数优化研究

鉴于当今对重型汽车的振动和噪声控制越来越严的趋势 ,有必要开发一种新型高效的阻尼减振降噪装置 ,而 N弹性约束层组合阻尼减振降噪结构正具有这些性质。根据阻尼材料的温度——频率的动态效应 ,把其诺模图试验曲线拟合成方程并实现数字化 ;经对 N弹性约束层组合阻尼结构参数的解耦 ,建立起优化模型 ,实现了此种结构参数的动态优化。最后经对研制出的橡胶缓冲装置的动态实验 ,结果显示出结构损耗因子实验值与理论值有着良好的吻合性     

重型汽车用阻尼减振降噪装置参数优化研究

鉴于当今对重型汽车的振动和噪声控制越来越严的趋势，有必要开发一种新型高效的阻尼减振降噪装置，而N弹性约束层组合阻尼减振降噪结构正具有这些性质。根据阻尼材料的温度－频率的动态效应，把其诺模图试验曲线拟合成方程并实现数字化，经过N弹性约束层组合阻尼结构参数的解耦，建立起优化模型，实现了此种结构参数的动态优化，最后经对研制出的橡胶缓冲装置的动态实验，结果显示出结构损耗因子实验值与理论值有着良好的吻合性。     

惯性平台阻尼减振设计及性能分析

为减小惯性平台振动响应,采用阻尼减振方法进行减振设计.以天然橡胶为阻尼材料,铝合金板为约束层设计了三种不同阻尼层厚度的减振方案,通过对减振前后惯性平台进行谐响应分析考查了阻尼层厚度对减振效果的影响.计算分析表明,在感兴趣的频率范围内,阻尼层厚度对振动响应最大的Z向振动影响很小,对x和Y向振动响应影响较大,综合考虑减振及侧向稳定问题后,建议选择阻尼层厚度为1.0mm的方案2作为该惯性平台减振设计方案.     

两相材料约束阻尼结构的动力学建模与求解

针对两相材料约束阻尼结构的动力学建模与求解复杂的问题,基于Hamilton能量原理,采用有限元方法建立了约束阻尼板结构的动力学方程,对所建立的动力学方程进行了求解;最后以两相约束阻尼悬臂板为例,对其结构关键部位的动响应进行了计算,计算过程中引入了Krylov缩聚理论;通过对缩聚前后所得关键部位响应的比较,验证了将Krylov缩聚理论应用到约束阻尼结构动力学求解中的合理性;结果表明所采用方法可为工程结构的阻尼减振降噪提供理论依据。     

惯性平台阻尼减振设计及性能分析

为减小惯性平台振动响应，采用阻尼减振方法进行减振设计。以天然橡胶为阻尼材料，铝合金板为约束层设计了三种不同阻尼层厚度的减振方案，通过对减振前后惯性平台进行谐响应分析考查了阻尼层厚度对减振效果的影响。计算分析表明，在感兴趣的频率范围内，阻尼层厚度对振动响应最大的Z向振动影响很小，对X和Y向振动响应影响较大，综合考虑减振及侧向稳定问题后，建议选择阻尼层厚度为1．0mm的方案2作为该惯性平台减振设计方案。     

空间桁架复合结构的阻尼减振分析与试验研究

为了解决桁架复合结构振动响应过大,光电学仪器可能发生失效的问题,利用在桁架管壁和箱体面板上敷加粘弹性约束阻尼层的方法对整体结构进行减振。采用有限元分析软件Nastran对原结构和敷加粘弹性约束阻尼层的桁架复合结构进行给定工况下的振动特性分析,得到了桁架复合结构指定位置的振动加速度响应曲线。以阻尼因子大小作为减振效果评价指标,通过对粘弹性约束阻尼层的厚度进行优化和对比分析,最终得到了最优的粘弹性约束阻尼层设计参数。试验结果表明,粘弹性约束阻尼层对于空间桁架复合结构具有良好的减振效果,试验数据和仿真结果一致,减振方案切实可行。     

频率依赖性对黏弹性复合结构振动特性的影响分析

获取黏弹性材料频率依赖性对复合结构振动特性的影响,对于黏弹性复合结构建模及阻尼减振具有重要的意义。在合理引入黏弹性材料力学特性参数的基础上,创建了处于基础激励状态并且考虑频率依赖性的黏弹性复合结构动力学分析模型,并获得了复合结构固有特性和振动响应的求解公式。以贴敷黏弹性阻尼材料的悬臂钛板为例,用试验对所研发的模型进行了验证。最后,基于所创建的模型,分析了悬臂板贴敷两种不同的阻尼材料时,黏弹性材料的频率依赖性对复合结构振动特性的影响。具体可描述为:求解复合结构固有频率和非共振响应时可忽略黏弹性材料的频率依赖性,而求解模态损耗因子和共振振动响应时,需要引入黏弹性材料的频率依赖特性;假如不考虑频率依赖性,取黏弹性材料参数所考虑频率范围的平均值获得的结算结果与考虑频率依赖性时的结果更为接近。