气激状态下黏弹性阻尼薄板的有限元建模与分析

创建气激载荷作用下的黏弹性阻尼板的振动特性分析模型是黏弹性阻尼减振研究的一项重要内容。基于实验数据,以薄板为对象,提出一种简单易行的气动载荷作用下黏弹性悬臂薄板振动特性的有限元建模方法。首先,简要介绍该建模方法的一般流程。接着,采用自制的气激试验台对贴敷黏弹性阻尼材料前后的悬臂薄板振动特性进行测试,获得气激载荷作用下板的共振频率及共振响应。再则,从有限元建模的需要出发,用计算流体力学仿真软件Fluent获取试验中作用于薄板上的气动载荷。然后按照反推法及薄板阻尼处理前后的耗能规律得到有限元建模所需的黏弹性材料杨氏模量和损耗因子。最后,引入所确定的气动载荷和黏弹性材料相关参数,对黏弹性阻尼板的谐响应进行计算,将分析结果与实验比对证实了分析模型的合理性。     

气激状态下粘弹性阻尼薄板的有限元建模与分析

创建气激载荷作用下的黏弹性阻尼板的振动特性分析模型是黏弹性阻尼减振研究的一项重要内容。基于实验数据，以薄板为对象，提出一种简单易行的气动载荷作用下黏弹性悬臂薄板振动特性的有限元建模方法。首先，简要介绍该建模方法的一般流程。接着，采用自制的气激试验台对贴敷黏弹性阻尼材料前后的悬臂薄板振动特性进行测试，获得气激载荷作用下板的共振频率及共振响应。再则，从有限元建模的需要出发，用计算流体力学仿真软件Fluent获取试验中作用于薄板上的气动载荷。然后按照反推法及薄板阻尼处理前后的耗能规律得到有限元建模所需的黏弹性材料杨氏模量和损耗因子。最后，引入所确定的气动载荷和黏弹性材料相关参数，对黏弹性阻尼板的谐响应进行计算，将分析结果与实验比对证实了分析模型的合理性。     

温度对敷有阻尼层的铝型材声学性能的影响

为了研究温度变化对敷有黏弹性阻尼层的高速列车车体铝型材结构声学性能的影响,建立高速列车车体铝型材隔声和振动声辐射计算模型,其中100 Hz~500 Hz中低频段采用混合有限元-统计能量分析法(FE-SEA),630Hz以上高频段采用统计能量分析法(SEA)。基于试验测试数据,考虑黏弹性材料温变特性对其杨氏模量和阻尼损耗因子的影响。通过数值模型,研究不同温度条件下铝型材隔声量及振动声辐射性能的变化,分析温度对敷有阻尼层的铝型材声学性能的影响。结果显示:温度的影响主要集中在共振区及1 600 Hz以上的高频段。阻尼层在10℃~50℃环境中,即处于黏流态时对铝型材声学性能的优化作用较好,但在10℃以下环境中敷设阻尼层的降噪效果将有所减弱。     

基于有限元法的贴敷阻尼薄板声辐射性能研究

基于分层理论,建立了四边简支约束条件下薄板声辐射特性有限元分析模型,计算了其固有频率、辐射声功率及振动均方速度,并与Comsol软件计算结果进行对比,证明了该方法的有效性。其次,将分层理论用于贴敷阻尼薄板的声辐射特性研究中,分析了单/多层阻尼对结构声辐射特性的影响。最后,通过分析贴敷阻尼薄板在轻/重流体、不同流速条件下的声辐射特性,研究了流体对贴敷阻尼薄板声辐射特性的影响。结果表明,贴敷多层阻尼的薄板结构声辐射特性对阻尼材料贴敷顺序较为敏感,将弹性模量较大的阻尼材料贴敷在靠外侧能够增大约束阻尼层的剪切变形,有利于提高结构整体的损耗因子,降低结构的振动和声辐射;流体流动时,结构声振特性将发生非线性变化,当流速较低时,结构声振特性变化明显,随着流速增大,变化趋势趋于平稳。     

空间桁架结构减振设计与试验验证

空间桁架结构由于管壁刚度大、末端载荷悬臂安装,传统直接敷加约束阻尼层的方法,减振效果并不明显。通过减振优化技术,设计出空间桁架和航天载荷的最优结构。这是一种打断长管结构,在打断后短管上敷加自由阻尼层,通过胶黏剂来进行连接。这种结构与直接在长管上敷加约束阻尼层的结构相比,减振效果更好,质量也更轻。采用BK测试系统,对原始模型和打断长管新模型进行了振动试验过程中的数据采集,得到了空间桁架结构在X、Y、Z 3个方向上载荷测点的加速度响应情况。试验结果表明,打断长管方案结合敷加黏弹性约束阻尼层的方法结构简单、易于实现,能有效降低桁架末端航天载荷的振动水平,对其他空间结构的减振设计具有重要的借鉴意义。     

L型管路系统动力学有限元建模及基于遗传算法的卡箍支撑位置优化

在航空发动机管路设计阶段,优化卡箍的支撑位置可使管路有效避开转子激振频率进而实现降低管路振动的目标。以L型管路为对象,研究了创建管路有限元模型及实现以避振为目标的卡箍支撑位置优化的方法。首先,提出了“以直代曲”的L型管路有限元建模方法,在此基础上用弹簧对模拟卡箍的支撑,创建了管路系统的动力学有限元模型。接着,以卡箍位置为设计变量,以激振频率与管路1阶固有频率的差值为目标函数,创建了以避振为目标的卡箍支撑位置优化模型。再则,描述了基于遗传算法求解该优化模型的具体流程。最后,以安装3个卡箍的L型管路为对象进行了实例研究,用试验校验了所提出的有限元建模方法的合理性,进一步通过执行优化确定了可以实现避振的最优的卡箍位置。同时,进行了卡箍的“安全域”分析,确定了各卡箍满足避振条件下的可移动范围。     

L型管路系统动力学有限元建模及基于遗传算法的卡箍支撑位置优化EI北大核心CSCD

在航空发动机管路设计阶段,优化卡箍的支撑位置可使管路有效避开转子激振频率进而实现降低管路振动的目标。以L型管路为对象,研究了创建管路有限元模型及实现以避振为目标的卡箍支撑位置优化的方法。首先,提出了“以直代曲”的L型管路有限元建模方法,在此基础上用弹簧对模拟卡箍的支撑,创建了管路系统的动力学有限元模型。接着,以卡箍位置为设计变量,以激振频率与管路1阶固有频率的差值为目标函数,创建了以避振为目标的卡箍支撑位置优化模型。再则,描述了基于遗传算法求解该优化模型的具体流程。最后,以安装3个卡箍的L型管路为对象进行了实例研究,用试验校验了所提出的有限元建模方法的合理性,进一步通过执行优化确定了可以实现避振的最优的卡箍位置。同时,进行了卡箍的“安全域”分析,确定了各卡箍满足避振条件下的可移动范围。     

基于复合耗能假设的黏弹夹芯梁振动的有限元分析

建立了一种新的有限元模型用于研究黏弹夹芯梁的振动和阻尼特性。该模型同时考虑了黏弹性层的剪切和压缩阻尼。建模时将约束层和基梁层视作欧拉-伯努利(Euler-Bernoulli)梁,假定中间黏弹性层同时承受纵向剪切和横向压缩变形以耗散振动能量。应用该模型研究了不同边界条件和几何参数的黏弹夹芯梁结构的振动和阻尼特性。通过与精确解析法及其它常用数值法的对比,结果证明该模型具有良好的精度和适用性,在对夹芯梁结构固有频率和损耗因子的预测中,其精度要高于常规的几种数值模型。最后通过实验结果进一步地验证了该有限元模型的正确性。     

基于实测扫频响应反推管路卡箍支承刚度及阻尼

为了建立管路系统动力学模型并分析其振动特性,需获取动载荷下卡箍支承刚度及阻尼等力学特性参数。该研究提出一种基于实测扫频响应的响应面法来反推上述参数的方法;提出了基于响应面反推管路卡箍支承刚度和阻尼的辨识算法;利用自编有限元创建了管体-卡箍系统的动力学模型,推导了管路系统振动响应;在利用响应面法的匹配计算中,进行了卡箍刚度及阻尼关于频率和对应响应的多项式拟合,并采用基本遗传算法进行了优化。在实例研究中,用提出的方法辨识出了所研究管路卡箍的具有频率依赖性的支承刚度和阻尼;将辨识值回代到分析模型中,通过比较预测的与实测的频域响应,共振频率及响应偏差均小于3%,证明了辨识结果的合理性。     

考虑频变阻尼的黏弹性阻尼层板结构模态分析方法

结构动力中的模态分析可归结为数学上矩阵特征值问题的求解。研究了一种求解有限元非线性特征值问题的数值方法,即RSRR,该方法通过对系统矩阵逆矩阵的采样,构造可靠的特征空间用于非线性特征值问题的求解,比现有基于围道积分的非线性特征值解法稳定性更好、精度更高。采用基于Layerwise离散层理论的Layerwise板单元建立黏弹性阻尼结构有限元模型比混合单元建模方法简单方便,结合Layerwise板单元建模方法,将RSRR拓展应用于黏弹性阻尼结构的模态分析,算例结果表明RSRR求解精度高、稳定性好,是黏弹性阻尼结构模态分析的有效数值方法。     

Biot本构模型黏弹夹芯梁振动特性分析及其实验研究

黏弹夹芯结构广泛用于薄壁构件的振动和噪声抑制,对其动力学行为的研究一直广受重视。以黏弹夹芯梁为研究对象,提出了一种建立其有限元动力学模型的方法。建模时弹性表面层按欧拉梁处理,中间黏弹性层不可压缩,认为阻尼来只自其纵向剪切变形。Biot本构模型用来描述黏弹性材料参数的频率依赖性动力学行为,通过耗散坐标将其引入到黏弹夹芯梁的有限元方程中。最后对黏弹夹芯梁结构的振动和阻尼特性进行了数值分析及实验研究。结果表明所提出的夹芯梁有限元建模方法是正确、简单和有效的,对工程实际应用具有一定的参考价值。     

船舶管路系统弹性支承在冲击作用下的位置优化设计

在强冲击作用下 ,船舶的管路系统会发生剧烈的振动 ,从而导致管路系统的破坏。本文拟采用不同边界条件的直梁模型 ,模拟管路系统 ,利用等效最优控制特性法建立系统的状态方程 ,进而得到直梁模型在多约束情况下的动态响应。经过对该模型冲击作用后在持续性周期荷载、随机荷载作用下的振动响应优化分析指出 ,合理布置弹性支承位置可以有效的避开共振区 ,改善弹性支承的减振效果。本文所得图表和结论对于管路系统弹性支承的位置设置提供了理论上的参考依据。     

智能约束层阻尼结构动力学建模及振动主动控制研究

基于耗散坐标与GHM(Golla-Hughes-Mctavish)模型建立智能约束层阻尼悬臂梁结构的动力学模型,并研究智能约束层悬臂梁结构的振动主动控制。针对结构模型自由度过高问题,分别在物理空间和模态空间对结构模型进行联合降阶处理。先通过具体算例验证了该研究建模方法的正确性,然后比较研究了压电片和黏弹性层铺设位置对系统振动控制效果和控制成本的影响。最后验证了结构简化模型的普遍适用性。研究结果显示,在控制器反馈增益相同的条件下,压电片和黏弹性层的位置越靠近固定端,系统控制效果越好,控制成本越小。简化的模型对含有噪声的输入信号也有较好的控制效果。     

含分层复合材料层合板的接触阻尼特性

阻尼响应是用于识别分层损伤的高敏感动态参数。分层板的阻尼包括材料阻尼和接触阻尼两部分:基于应变能法,计算了复合材料材料阻尼;基于静-动摩擦一体化能量损耗模型,计算了一阶模态下分层界面接触阻尼;采用有限元软件Abaqus建立了分层板有限元模型(FEMs),借助罚刚度法引入界面法向接触刚度,同时运用等效黏性阻尼引入接触阻尼参数,分析了分层层合板动态响应;采用自由衰减试验测量了不同分层尺寸和厚度方向位置板件的动态参数。结果表明,分层比例越大,层合板的一阶模态阻尼上升越多,其中接触阻尼起主要作用。试验结果与有限元结果吻合较好,验证了有限元模型的合理性和准确性。     

贴敷新型阻尼材料对油底壳减振降噪规律效果的研究

热气机作为特种船舶使用的发动机,对其振动噪声性能具有严格的要求。在对某型热气机油底壳进行模态、振动特性的测量和分析的基础上,针对贴敷自由阻尼层结构,进行整体复合层减振效果的分析和试验研究。得出宽频域载荷激励下,新型阻尼材料对油底壳振动响应衰减的规律。通过对比不同阻尼层厚度和不同阻尼材料的弹性模量,发现:阻尼层厚度越大,复合结构的损耗因子越大;阻尼材料弹性模量越大,复合结构的损耗因子也越大,阻尼特性越好。又对新型阻尼材料在复合层中的阻尼特性开展研究,分析阻尼材料对油底壳减振的规律,提出利用其大弹性模量来进一步提高复合结构的损耗因子,减小阻尼层厚度也能达到减振效果的结构设计思路,成果已应用于某型大功率热气机的整机低噪声设计,具有一定的工程实用意义。     

黏弹性材料Biot模型参数确定及其在黏弹阻尼结构中的应用

黏弹性材料广泛用于工程结构减振降噪,其本构模型的研究对黏弹阻尼结构的动力学分析具有重要的意义。Biot模型能够真实反映黏弹性材料参数随着频率变化的动力学特性;提出了一种确定其参数并将其结合到黏弹阻尼结构有限元动力学方程的方法;通过对频域内试验测得的黏弹性材料储能模量和损耗因子数据进行多参数非线性曲线拟合,并将其转化为在复频域内带约束条件的非线性优化问题,可以使非线性多参数确定问题大大简化;借助辅助耗散坐标将黏弹性材料Biot模型引入到黏弹阻尼结构有限元动力学方程中并转化成常规的二阶线性微分方程,实现了求解的简化。通过试验研究对该方法进行了验证,结果表明提出的Biot模型参数确定和有限元相结合的方法是正确、简单和有效的。     

黏弹性复合材料结构的多目标优化设计

黏弹性复合材料具有良好的阻尼性能,但黏弹性层的存在对黏弹性复合材料结构的强度性能会有所影响,黏弹性复合材料结构只有同时兼备良好的阻尼和强度才能满足工程要求。该文在经典层合板及小挠度弯曲理论基础上,运用Ritz法建立黏弹性复合材料结构应变能损耗因子和横向均布荷载作用下初始破坏强度计算模型。提出新的遗传算法适应度函数构造办法,克服了多目标优化问题中优化结果的偏移现象,对黏弹性复合材料结构进行单目标和双目标优化设计。优化结果表明:改进的遗传算法适用于黏弹性复合材料结构阻尼和强度性能的优化设计,而且多目标优化设计可以权衡复合结构的阻尼性能和强度性能,有利于发挥黏弹性复合材料结构良好的整体性能。     

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数的变化规律。     

机敏约束层阻尼薄板的μ综合鲁棒控制研究

以局部覆盖机敏约束层阻尼薄板为研究对象,对振动主动控制展开了研究。首先用ADF阻尼模型表征黏弹性层的阻尼特性,利用有限元法建立系统的动力学模型;并考虑模型的庞大自由度问题,对模型进行降阶处理;其次针对作动器和传感器位置对控制性能的影响问题,综合考虑控制输入与传感输出间关系,优化了作动器与传感器的位置,并对优化后理论模型进行了实验验证;最后针对模型模态参数误差和因舍去高频模态导致的模型混合不确定性问题,设计了μ综合鲁棒控制器,并通过硬件在环实验对控制效果进行验证。实验结果表明:复杂周期信号激励下的振动响应幅值衰减30%左右,白噪声激励下的振动响应的均方根值降低了9.1%左右。     

卫星飞轮安装支架的粘弹性阻尼减振设计

应用粘弹性约束阻尼减振技术对某卫星飞轮组件安装支架结构进行振动抑制处理。约束阻尼技术能在不对结构作大的修改的前提下,提高结构的阻尼能力。首先建立原型支架结构的有限元模型,计算了其动态特性。分析了支架结构关键模态的应变能分布规律,确定出约束阻尼处理的铺敷位置。采用参数优化方法,比较了不同约束层厚度、不同阻尼层厚度设计情况下的结构阻尼性能,在满足附加重量和工艺限制要求的前提下,确定出阻尼减振设计方案。最后,将阻尼前后支架结构的加速度频率响应结果进行了对比,验证了在飞轮安装支架上应用粘弹性阻尼减振的合理性和有效性。