具有形状记忆合金丝的复合材料轴转子系统的振动与稳定性

提出具有SMA丝的复合材料轴-盘-刚性支承转子系统的数学模型,研究转子系统的振动与稳定性。将轴视为一个平行于轴线方向埋入SMA丝的薄壁复合材料空心梁,盘为各向同性刚性圆盘,轴位于刚性轴承上。基于变分渐进法(VAM)描述复合材料薄壁梁的变形,基于Brinson热力学本构方程计算SMA丝的回复应力,采用Hamilton原理推导出系统的运动方程,采用Galerkin法进行模型离散化和近似数值计算。着重分析SMA丝含量和初始应变对复合材料轴振动固有频率和转子系统临界转速的影响。研究结果表明,所建立的动力学模型能够用于揭示SMA对转子系统的振动与稳定性的影响机理。     

约束阻尼管动态特性分析方法与应用

建立具有支撑功能的减振约束阻尼管的力学模型,采用解析分析得到该类型阻尼管位移、动刚度和损耗因子等关于各项几何及物理参数的表达式。通过计算发现,阻尼胶填充长度对元件的损耗因子有比较显著的影响,在给定的结构参数条件下,存在最优填充长度。为阻尼管结构设计提供了快速、简便的优化设计方法。     

附加约束阻尼层的复合材料梁单元建模分析

复合材料空心圆截面梁是桁架和刚架结构中大量采用的常用构件，而实践证明约束阻尼层能有效改善复合材料空心圆截面梁的动力学特性，但传统的约束阻尼层结构有限元计算方法需要大量的单元，这给大型复杂结构的计算带来了巨大的困难。本文采用Timoshenko梁假定。建立了一类附加约束阻尼层复合材料空心圆截面梁弯曲的数学模型。应用Hamilton原理。采用三节点高次梁单元对构件进行离散化。建立了附加约束阻尼层复合材料空心圆截面梁的梁单元。同传统的锥壳单元相比，该方法极大地减少了计算时间。用实验验证了本文计算结果的正确性。同时也分析了约束层厚度对损耗因子的影响。     

旋转复合材料薄壁轴的不平衡非线性弯曲振动

研究几何非线性复合材料薄壁轴在偏心激励作用下的非线性振动特性。在轴的应变位移关系中引入Von Kármán几何非线性,基于Hamilton原理和变分渐进法(VAM)导出复合材料传动轴的拉-弯-扭耦合非线性振动偏微分方程组。为了着重研究轴的横向弯曲非线性振动特性,在上述模型中忽略轴向变形和扭转变形,得到轴的横向弯曲非线性振动偏微分方程,其中考虑了黏滞外阻和内阻的影响。采用Galerkin法,将偏微分方程转离散化为常微分方程,在此基础上利用四阶Runge-Kutta法对常微分方程组进行数值模拟,获得位移时间响应图、相平面图和功率谱图,研究了外阻、内组、偏心距和转速对非线性振动响应的影响,发现旋转复合材料薄壁轴存在混沌运动。     

基于遗传算法的嵌入式共固化穿孔阻尼层复合材料结构优化

该文建立嵌入式共固化穿孔粘弹性层复合材料结构的遗传算法优化模型,采用混合编码方式对嵌入穿孔阻尼层的复合材料结构试件的粘弹性层穿孔布局进行优化,目标是在增大结构阻尼的同时尽量减少结构的刚度损失。研究结果表明：在不考虑复合材料穿孔阻尼层面积比变化对阻尼和刚度的敏感度时,最优方案是穿孔直径为2mm,孔距为9.90mm,此时阻尼层面积比为96.8%;在考虑复合材料穿孔阻尼层面积比变化对阻尼和刚度的敏感度时,最优方案是穿孔直径为2mm,孔距为9.06mm,此时阻尼层面积比为96.2%。研究结果对大阻尼高刚度嵌入式共固化复合材料阻尼构件的设计制作有重要指导意义。     

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。     

阻尼层厚度对结构阻尼性能的影响

通过分析比较，选用基于模态应变能理论的有限元分析方法。首先验证了方法的精确性，对于算例，前五阶结构固有频率平均误差为0.020，模态损耗因子平均误差为0.112。进而以阻尼层厚度为变量，对被动振动控制结构的两种典型形式——自由阻尼结构和约束阻尼结构，进行动态力学性能研究，研究结果表明：阻尼层厚度从0.2 mm增加到1.5 mm，两种阻尼结构的固有频率降低，损耗因子提高；相比之下，自由阻尼结构的减振性能更为依赖阻尼层厚度，即对于较小的阻尼层厚，约束阻尼结构的减振性能更为优异。     

粘弹阻尼层共固化复合材料的阻尼特征分析

利用动态力学热分析技术(DMTA)测试了粘弹性阻尼材料在与复合材料共固化前后的动态力学性能,并利用有限元分析方法考察了复合材料共固化、粘弹性阻尼层的厚度以及复合材料柔性层对共固化复合材料的阻尼特征的影响.结果表明,复合材料共固化过程中由于树脂渗透等原因,共固化复合材料的阻尼峰值仅为理想状态的54%左右且阻尼峰值所对应的温度向高温方向移动;增加粘弹性阻尼层的厚度以及在阻尼层附近插入柔性层不仅可以提高粘弹阻尼层共固化复合材料的阻尼峰值,而且可拓宽共固化复合材料的阻尼温域.     

可控约束阻尼层结构的H∞控制

建立了可控约束阻尼层板的一般控制微分方程。对附加可控约束阻尼层的悬臂矩形板者了实验与理论建模，详细分析了模型中的不确定性，并进行了Ｈ∞鲁棒振动控制的数值仿真与实验研究。结果表明，Ｈ∞控制能够有效抑制受控结构的模态振动，与位移比例反馈控制相比，具有更好的鲁棒稳定性。     

求解地面运动激励下的部分覆盖约束层阻尼贮液圆柱壳耦振的整合状态传递矩阵法

摘要：基于一般情况下的线弹性薄壳方程和势流理论,考虑被动约束层阻尼（PCLD）的剪切变形的能量耗散和液固耦合相互作用,文中首先导出了PCLD圆柱层合壳的整合一阶矩阵微分方程,该方程的状态向量的每个元素都有明确的物理意义,更方便用于层合壳体在各种边界支承条件的动力学问题的求解。然后通过将流体动压力写成含待求系数的解析形式,借助流固交接条件、新型齐次扩容精细积分法和叠加原理,建立了一种分析该类结构耦振问题的高效率、高精度的半解析半数值方法。通过与无水、两端简支的全覆盖PCLD圆柱壳在轴对称情况下自由振动的解析解结果比较,验证了本文方法的有效性。最后基于文中提出的方法,研究了部分覆盖PCLD贮液圆柱容器在地面运动激励下的动力响应,研究了PCLD厚度、长度、敷设位置以及粘弹芯的复剪切模量模型对减振效果的影响。     

分析部分环状覆盖PCLD圆锥壳自由振动与阻尼特性的半解析法

基于Donnell薄壳和线粘弹性理论,对于粘弹性层仅考虑剪切变形,并采用复常量模型模拟粘性层的能耗特性,导出了PCLD圆锥层合壳的整合一阶常微分矩阵方程,由于周向曲率是纵向坐标的函数,系数矩阵比圆柱层合壳复杂。然后借助精细积分和传递矩阵法,提出了一种分析部分覆盖PCLD圆锥层合壳自由振动和阻尼特性的半解析方法。通过数值算例证明了本文方法的有效性,文中还讨论了覆盖率等参数对PCLD圆锥层合壳固有频率和损耗因子的影响,影响程度和PCLD圆柱层合壳也不同。     

黏弹性复合材料阻尼板的振动特性

为深入探索黏弹性复合材料阻尼板的振动特性,基于复合材料力学理论、一阶剪切变形理论、分段位移模型以及哈密尔顿原理,推导了黏弹性复合材料阻尼板结构复数形式的振动微分方程.采用纳维法得到满足位移边界条件的理论解,通过有限元建模仿真对理论解进行验证.基于验证过的理论模型,进一步从理论上探索了黏弹性复合材料阻尼板振动特性随结构参...     

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.     

主动约束层阻尼梁结构的应力连续模型

考虑到较厚的阻尼层内高阶剪切效应不应忽略,使用Reddy的三阶位移场描述阻尼层的纵向位移,使得在分界面上不仅位移连续,而且应力连续,从而提出ACLD结构的一种新模型“应力连续模型”。在此基础上,使用谱有限元法(SFEM)对ACLD梁结构进行力学建模和数值模拟,并与传统Mead-Markus模型结果进行了比较。研究表明,应力连续模型在固有频率和模态损耗因子预测上优于传统Mead-Markus模型。     

基于传递矩阵法分析ACLD圆柱壳振动控制问题的一种完全力电耦合模型

目前在ACLD薄壳结构的动力学分析中,通常采用一种忽略压电约束层面内电场强度,仅考虑在厚度方向为常量分布的法向电场强度的简化力电耦合模型。文中首先从理论上分析了简化力电耦合模型的局限性,进而提出了一种新的完全力电耦合模型,以此为基础导出了该模型下ACLD圆柱壳的一阶常微分矩阵状态方程,并结合传递矩阵法和齐次扩容精细积分法求解该方程。相对于传统三维模型方法,所建立的新模型和求解方法不仅大幅度简化了计算,而且适用于分析部分覆盖和任意支承条件下ACLD圆柱壳的振动控制问题。最后通过数值算例对完全力电耦合模型和简化力电耦合模型进行了比较,结果表明：简化力电耦合模型仅适用于低频分析;完全力电耦合模型具有更宽的频率适应性     

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.     

戴新进, 林家浩, 陈浩然

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。      

Optimization of segmented constrained layer damping with mathematical programming using strain energy analysis and modal data

A new method for enhancement of damping capabilities of segmented constrained layer damping material is proposed. Constrained layer damping has been extensively used since many years to damp flexural vibrations. The shear deformation occurring in the viscoelastic core is mainly responsible for the dissipation of energy. Cutting both the constraining and the constrained layer, which leads to segmentation, increases the shear deformation at that position. This phenomenon is called edge effect. A two-dimensional model of a cantilever beam has been realized for further investigations. An optimization algorithm using mathematical programming is developed in order to identify a cuts arrangement that optimizes the loss factor. The damping efficiency is estimated using the modal strain energy method. The Nelder–Mead simplex method is used to find the best distribution of cuts. In order to take into account geometrical limitations, the exterior point penalty method is used to transform the constrained objective function into an unconstrained objective function. As the optimization problem is not convex, a modal analysis is performed at each mode in order to identify initial cuts positions that lead to a global minimum. Over a large frequency range, the algorithm is able to identify a distribution of cuts that optimizes the loss factor of each mode under consideration.     

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。