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。     

敷设支撑层的约束阻尼梁减振优化设计

约束阻尼是板梁减振降噪的重要手段之一,敷设支撑层的约束阻尼结构能够获得更好的减振效果.基于有限元方法建立简支约束阻尼梁模型,以阻尼段段数、长度、段间间隙、支撑层厚度作为设计变量,梁结构的前4阶模态损耗因子乘以权值的和为目标函数,应用序列二次规划法对整个结构进行优化.在不同质量的约束条件下,分析比较了选取不同权值时约束层连续与间断情况下梁中点的振幅变化和损耗因子的变化.实例结果表明:优化设计能够保证在引入质量较小的情况下,达到更好的减振效果.     

SIMP插值的约束层阻尼结构拓扑优化

针对约束层阻尼结构拓扑优化问题,采用SIMP插值模型和变密度方法,构建了以模态损耗因子为目标函数,约束阻尼材料用量为约束条件的拓扑优化模型。推导了模态损耗因子对设计变量的灵敏度表达式。采用优化准则法,计算了约束层阻尼的最优拓扑构型,给出了拓扑优化计算的流程。结果表明:采用该拓扑优化方法对约束层阻尼材料进行优化布局,能在减少阻尼材料用量的前提下,显著提高结构模态损耗因子,降低频率响应幅值。     

各向异性参数对层合阻尼薄板损耗因子的影响

运用各向异性层合阻尼结构理论分析方法，考察了在不同结构、不同振动模态下各层纤维铺设角度、纵横剪切模量和纵横拉伸模量等各向异性参数对各向异性层合阻尼薄板损耗因子的影响。结果表明：随着各向异性铺设层数的增多，在低阶模态下，远离阻尼芯层的各向异性铺设层的纤维铺设角度对层合阻尼薄板损耗因子的影响趋于增大，次外层纤维铺设角度的影响最大；而在高阶模态下，贴近阻尼芯层的各向异性铺设层的纤维铺设角度影响趋于增大．     

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.     

自由阻尼结构损耗参数的换算方法

在自由阻尼结构理论的基础上,建立了不同自由阻尼结构之间的结构损耗因子换算关系。针对自由阻尼板、壳结构开展了阻尼测试,换算结果与测试结果一致性良好,验证了换算方法的有效性。同时开展了换算系数和误差放大因子的仿真分析。仿真结果表明:对于弹性模量较高的阻尼层,换算系数随厚度比变化较小,换算精度较高;对于弹性模量较低的阻尼层,换算系数随厚度比变化较大,换算精度较低。建议阻尼层比目标基材层厚,且换算基材厚度小于目标基材厚度的2倍。该换算方法可用于预估一些难以测量的自由阻尼结构损耗参数,为大型简单圆柱壳结构敷阻尼层后损耗参数的获得以及多种阻尼层在大型圆柱壳结构上抑振性能的评比提供参考方案。     

约束阻尼板的主被动一体化振动控制

基于虚功原理,提出了一种新的建立主动约束阻尼板动力学模型的方法。该方法采用层合理论推导出约束阻尼板结构的动力方程,用GHM(Golla Hughes McTavish)方法引入辅助的耗散坐标,来描述粘弹性材料随频率变化的特性,并采用LQR方法控制结构的振动。其有效性通过算例进行了验证。同传统的有限元建模理论比较,采用层合理论,减少了结构自由度,并且具有良好的计算精度。     

约束层阻尼板的有限元建模研究

粘弹性材料（VEM）的本构关系随频率和温度的变化而变化，对粘弹结构难以进行动特性分析及控制研究。基于Hamilton原理，给出了一种建立约束层阻尼（CLD）板动力学方程的新建模方法，建模时，考虑到VEM的纵向位移影响，并引入虚拟自由度，导出了标准二阶定常线性系统模型，从而避免因粘弹性材料导致的高阶非线性方程。采用GHM方法描述VEM的本构关系，它能直接与有限元法融合。算例分析了夹芯层为ZN—1型粘弹性材料的CLD悬臂板的动态特性，并与相关文献中的计算及试验结果进行比较，计算结果更加准确，表明新建模方法是准确的。     

切割对磁约束阻尼处理固支板的振动特性的影响

在约束层根部设置引力排列的磁体,阻尼层的剪应变将大于传统约束阻尼处理(passive constrained layer damping treatment, PCLD)的剪应变,因此,采用磁约束阻尼处理(magnetic constrained layer damping treatment, MCLD)可使系统的阻尼得到显著地改善.文中应用假设模态法研究工程中常见的两边固支约束阻尼板的磁约束处理减振效果, 推导出由板的横向模态坐标表示的特征方程.通过考察固支板的第一阶扭转模态(m=1,n=1)的损耗因子,研究将阻尼层等分切割为总的尺寸不变的两块阻尼层的阻尼变化情况.分析表明,在覆盖面积相同时,将阻尼块沿x方向等分为2块,将每块放置在板的宽度方向的边部,并沿模态节线y=W/2对称,可使MCLD获得更好的阻尼改进效果.     

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。     

弹性机构振动被动控制中模态损耗因子的确定

针对组成弹性机构的特点,给出了一种描述组成弹性机构的２节点８自由度约束阻尼平面刚架单元的形函数,建立了含大阻尼材料时弹性机构的动力学方程,基于此研究了弹性连杆机构模态损耗因子的预测问题。文中方法概念清晰、计算简单、预测可靠。可用于解决阻尼处理中的机构结构参数的优化设计问题。     

基于摄动方法的受损薄板模态分析

将结构的损伤用δ函数进行表达,建立损伤条件下薄板的自由振动方程。利用一阶摄动方法给出摄动项的一般表达式,并结合δ函数的性质,求出受损薄板模态参数的解析表达式。以一个四边简支的受损薄板为数值算例,计算损伤条件下其模态参数的变化。最后分析损伤情况对模态参数的影响,为利用动力学特性对板的损伤监控和检测提供理论依据。     

基于等效理论的多夹心层蜂窝板模态分析

研究蜂窝板的三明治等效理论,应用该等效理论对蜂窝板夹芯进行等效计算得其等效参数,建立多夹心层蜂窝板的有限元模型,完成不同算例在不同边界条件下的模态分析,解决了通用有限元程序如NASTRAN等不能直接计算蜂窝板的动、静力学性能问题.将计算结果与解析解对比,说明等效方法是合理的,适用于多夹心层蜂窝板结构的有限元分析.     

基于支持向量机和模态频率的结构损伤诊断

支持向量机（support vector machine,SVM）是一种基于统计学习理论的机器学习算法,能够较好地解决小样本的学习问题。文中介绍支持向量机回归算法,并应用于结构损伤诊断领域;构造基于模态频率的损伤标识量,作为特征参数训练支持向量机实现对结构损伤的定位和程度标识;最后以梁的损伤识别为例进行验证。结果表明,支持向量机在结构损伤诊断领域中具有很好的应用前景。     

基于模态综合方法的叉车门架系统振动特性研究

采用Yee和Tsuei提出的直接部件模态综合法,将自由界面模态综合法与频响函数法相结合,在试验得到内、外门架振动模型基础上,建立内、外门架组装后门架整体系统振动特性的分析方法,编制MatLab程序计算门架整体的振动特性,分析门架系统各阶振型特点,并把数值仿真结果与试验结果做比较,误差最大达到2．5％。证实该方法在工程机械的整机或部件的振动特性研究中有实用价值。     

基于FEM的新型运煤敞车的结构模态分析

基于有限元分析方法,对运煤敞车的结构简化、单元选取、边界及约束处理等建模技术进行阐述.应用ANSYS对运煤敞车空车和重车进行计算模态分析.结果表明,该敞车空车和重车模态振型基本相同,但同振型的空车模态频率均比重车高.与试验模态相比,车体刚体振动的模态频率与试验结果误差相对较大,而弹性振动的模态频率较接近,这为车体的轻量化设计提供了合理的设计模型.     

某航天器仪器舱结构减振试验研究

改善大型结构的动态特性对航天器总体设计具有十分重要的意义。本文基于粘弹性材料对振动能量的耗散原理,分析了利用约束阻尼对航天大型结构进行振动抑制的方法。以某航天器仪器舱为例,进行了附加约束阻尼前后结构动态特性试验与,分析结果验证了该方法抑制振动的可行性和有效性,对大型航天结构的减振设计具有实用价值。     

基于共生进化原理的功能结构设计

从生物的共生进化模式得到启发,从设计认知的高度,系统地总结了基于共生进化原理的共生功能之间的关系,包括“提供作用条件”关系,“消除有害副作用”关系和“消除有害环境影响”关系三类。这些关系为系统地解决创新设计中基于可行原理解的功能结构设计问题奠定了基础。在此基础上提出了集成原理方案设计和功能结构设计的计算机辅助概念设计的进程模型。该进程模型能根据实际创新设计环境以及候选原理解的作用条件、副作用和环境影响,在求解过程中动态地生成待求产品的功能结构,符合设计师的思维习惯。最后给出了模型应用实例。