基于能量分析法对阻尼钢板声辐射的优化研究

建立一个金属箱体,对阻尼钢板声辐射进行优化研究.在阻尼质量不变的情况下,采用渐进式优化算法,研究阻尼在钢板上的分布,以实现减少阻尼钢板声辐射的目标.首先,建立箱体和阻尼钢板仿真模型,采用渐进式优化算法,得到阻尼优化模型.对得到的优化模型进行仿真计算,并得到麦克风监测点的声压级,与初始模型的结果对比,实现2.1 dB的降...     

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。     

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。     

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。     

基于非负声强的约束阻尼板拓扑优化研究

基于非负声强(non-negative intensity,NNI)对约束阻尼板声辐射问题作了分析及探讨,对约束阻尼板的阻尼材料的最优分布问题进行研究.使用非负声强识别结构表面对远场声辐射占据主要贡献地位的区域.使用固体各向同性材料惩罚(solid isotropic material with penalizatio...     

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。     

大跨斜拉桥Rayleigh阻尼系数约束优化解

进行大跨桥梁地震反应分析时以结构位移反应峰值误差为目标函数,建立求解Rayleigh阻尼系数的优化分析方法。考虑基频模态为结构动力反应的最显著贡献模态,以基频模态阻尼比等于精确值为约束条件,形成求解Rayleigh阻尼系数的约束优化方程;以840 m长斜拉桥为例分析Rayleigh阻尼系数随优化计算模态数及参考自由度变化规律。与传统Rayleigh阻尼比较,讨论不同阻尼模型对结构位移、内力计算误差。数值计算结果表明,该方法可有效降低位移、内力计算误差,避免人为选择参考频率所致任意性,适合工程结构计算与分析。     

喷涂阻尼厚度对车轮振动声辐射的影响

在列车车轮表面喷涂阻尼材料可以降低车轮振动声辐射,通过试验调查喷涂阻尼厚度对其减振降噪性能的影响。在半消声室进行对比试验,测试了斜曲型辐板车轮在无阻尼、喷涂1 mm和2 mm情况下的振动声辐射,和双S型辐板车轮在无阻尼、喷涂1 mm和4 mm阻尼下的声辐射。测试结果表明：对于斜曲型辐板车轮,2 mm阻尼层对车轮的减振区域和减振量均优于1 mm阻尼层,在径向和轴向激励下,1mm阻尼层降噪量分别为2.0 dB(A)和1.0 dB(A);对于双S型辐板车轮,在径向和轴向激励下,1 mm阻尼层降噪量分别为1.9 dB(A)和1.1 dB(A)。对于这两种辐板形式车轮,阻尼层增厚,降噪效果均增加。对于斜曲型车轮,在径向激励下阻尼具有更好的降噪效果,对于双S型车轮,在径向激励和轴向激励下阻尼降噪效果近似相同。     

阻尼覆盖面积对船舶约束阻尼板振动特性影响分析

舰艇机械设备振动是舰艇主要振动噪声源之一,利用阻尼板敷设机械设备进行隔振是艇体内部减振降噪主要措施,在某型舰艇约束阻尼板胎架进行模态和阻尼特性进行计算和测试的基础上,研究阻尼板敷盖面积变化对胎架模型振动特性影响,得到不同阻尼板覆盖面积对其振动特性的影响规律.通过数值仿真和试验结果的对比,发现约束阻尼板胎架仿真模型振动特...     

基于阻尼材料拓扑分布的结构-声辐射优化

基于拓扑优化思想,提出一种人工材料假设,建立了阻尼材料铺设的拓扑优化数学模型。在阻尼材料用量一定的情况下实现阻尼材料最优分布,达到减振降噪之目的。采用遗传算法进行求解,进行了阻尼材料和人工材料的转换,实现了阻尼材料的拓扑优化。数值算例表明:所提方法在减振降噪设计中具有可行性和有效性,有较好的工程应用价值,可为阻尼材料的敷设提供一种可行有效的思路。     

圆柱壳体阻尼材料布局拓扑优化研究

采用渐进结构拓扑优化方法,以阻尼结构模态损耗因子最大化为目标,阻尼材料体积分数为约束条件,阻尼胞单元为设计变量,建立了圆柱壳体阻尼材料布局拓扑优化模型,对约束阻尼以及自由阻尼材料布局进行了拓扑优化。研究了阻尼结构模态损耗因子对阻尼胞单元位置的灵敏度,导出灵敏度计算表达式。根据渐进优化算法的优化准则,通过逐步删除利用率低的材料,使目标模态损耗因子达到最大化。给出了数值计算的例子,理论计算结果验证了拓扑优化设计方法的正确性和有效性     

A mass constraint formulation for structural topology optimization with multiphase materials

This work is focused on the topology optimization of lightweight structures consisting of multiphase materials. Instead of adopting the common idea of using volume constraint, a new problem formulation with mass constraint is proposed. Meanwhile, recursive multiphase materials interpolation (RMMI) and uniform multiphase materials interpolation (UMMI) schemes are discussed and compared based on numerical tests and theoretical analysis. It is indicated that the nonlinearity of the mass constraint introduced by RMMI brings numerical difficulties to attain the global optimum of the optimization problem. On the contrary, the UMMI‐2 scheme makes it possible to formulate the mass constraint in a linear form with separable design variables. One such formulation favors very much the problem resolution by means of mathematical programming approaches, especially the convex programming methods. Moreover, numerical analysis indicates that fully uniform initial weighting is beneficial to seek the global optimum when UMMI‐2 scheme is used. Besides, the relationship between the volume constraint and mass constraint is theoretically revealed. The filtering technique is adapted to avoid the checkerboard pattern related to the problem with multiphase materials. Numerical examples show that the UMMI‐2 scheme with fully uniform initial weighting is reliable and efficient to deal with the structural topology optimization with multiphase materials and mass constraint. Meanwhile, the mass constraint formulation is evidently more significant than the volume constraint formulation. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Topology optimization of energy absorbing structures with maximum damage constraint

A novel density‐based topology optimization framework for plastic energy absorbing structural designs with maximum damage constraint is proposed. This framework enables topologies to absorb large amount of energy via plastic work before failure occurs. To account for the plasticity and damage during the energy absorption, a coupled elastoplastic ductile damage model is incorporated with topology optimization. Appropriate material interpolation schemes are proposed to relax the damage in the low‐density regions while still ensuring the convergence of Newton‐Raphson solution process in the nonlinear finite element analyses. An effective method for obtaining path‐dependent sensitivities of the plastic work and maximum damage via adjoint method is presented, and the sensitivities are verified by the central difference method. The effectiveness of the proposed methodology is demonstrated through a series of numerical examples. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

一般阻尼结构的模态阻尼优化设计

研究了一般阻尼结构的模态阻尼优化设计方法。该方法主要包含两方面的内容，一方面是在给定阻尼器个数和系数的条件下，研究如何找到最佳的安装位置，使结构的某几阶模态阻尼比达到最大；另一方面是在给定某几阶模态阻尼比的目标值的条件下，确定最佳安装位置和阻尼器系数．使结构的模态阻尼比达到指定的目标值。从模态阻尼与结构参数的关系式出发，利用类似于kronecker积展开的方法，导出模态阻尼比对于附加阻尼器的位置灵敏度表达式，从而确定阻尼器的最佳安装位置。对于第二类问题，通过拟牛顿法中的Broyden方法进行迭代，最终确定阻尼器的系数。本文方法简单，易于与有限元方法结合应用到工程实际结构。文中的算例证明了本文方法的可靠性和有效性。     

Topology optimization of unconstrained damping treatments for plates

A finite element model for composite plates consisting of an elastic isotropic base layer covered with viscoelastic treatment is presented. The composite plate undergoes bending vibrations in the lateral direction. In contrast to many previous publications, the viscoelastic treatment is not constrained from the top in order to better simulate real cases. The objective is to find the optimum distribution of viscoelastic treatment which maximizes the modal damping ratio (MDR) for a certain volume of treatment. Topology optimization is performed with two strategies: optimizing the whole domain of viscoelastic treatment and optimizing a unit cell of the periodic treatment. Numerical examples show that the presented model is able to increase the MDR by an order of magnitude compared to plain treatments.     

基于声辐射模态的粘弹性阻尼板声功率最小化研究*

为了减小薄板结构振动辐射的噪声,在重量约束下进行了声功率最小化研究。利用有限元振动模型来处理结构振动环节,利用声辐射模态模型来处理声辐射环节,用可行方向法进行了优化设计研究。以一矩形粘弹性阻尼板为例,得到了阻尼重量约束下板的声功率最小化模型,结果表明在满足重量约束条件下能够达到明显的降噪效果。     

宏观结构性能约束下的材料微结构拓扑优化

为了设计周期性多孔钢或钢/铝复合材料优化微结构,基于独立连续映射法,建立了以结构总质量最小化为目标,节点位移为约束的拓扑优化模型。假设宏观结构由多孔材料或复合材料组成,其等效特性采用均匀化理论计算得到。定义了微观材料拓扑变量,节点位移约束采用一阶泰勒展开近似。各种材料设计要求作为约束条件纳入到优化模型中。推导了节点位移和总质量的敏度表达式。采用基于求解偏微分的过滤方法消除了数值不稳定性。在二维数值算例中获得了各种满足设计要求的优化材料微结构。结果表明:提出的方法在材料微结构拓扑优化设计中具有可行性和有效性。