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。     

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。     

约束阻尼对二维声学黑洞薄板减振特性的影响

声学黑洞（Acoustic Black Holes,ABH）以结构厚度的幂律变化实现弹性波的汇聚,结合阻尼层能较好地抑制结构振动。为进一步实现结构的低频振动控制,将声学黑洞与约束阻尼复合,建立附加约束阻尼的二维声学黑洞薄板模型,采用数值方法计算加速度响应与结构损耗因子,研究二维声学黑洞板附加约束阻尼后的减振特性,并通过二维声学黑洞薄板振动试验开展验证,最后探究约束层材料、厚度及约束阻尼半径对声学黑洞板低频减振性能的影响规律。结果表明：相比于附加自由阻尼,约束阻尼使声学黑洞薄板在第一阶共振峰处的加速度导纳降低12.61 dB;当约束层厚度为截断厚度的2倍左右时,薄板整体可以达到较佳的减振效果。研究可为声学黑洞薄板结构的低频减振应用提供重要参考。     

影响约束阻尼结构阻尼性能的因素

采用自由梁振动法,研究阻尼层厚度、约束层材料及环境温度等三个变量,对约束阻尼结构阻尼性能的影响。结果表明：阻尼层厚度在1 mm～4 mm范围内,约束阻尼结构的阻尼性能随阻尼层厚度的增加而降低; 约束层材料分别为钢板、大理石板、砂浆板时,约束阻尼结构的阻尼性能不同;低温、高温环境均使约束阻尼结构阻尼值变小; 常温环境下,约束阻尼结构的阻尼值较大,复合损耗因子超过了0.154。     

《多点敷设支撑层的粘弹性约束阻尼梁振动分析》

针对夹层约束阻尼梁结构的减振特性进行深入研究,在其基础上扩展多处敷设增设支撑层的约束阻尼,建立了多点铺设增设支撑层约束阻尼梁的振动特性模型,利用粘弹性材料的Maxwell模型、假设模态法、有限元理论和力学原理,结合功能特性方程和Lagrange方程,导出了增设支撑层约束阻尼梁的振动位移响应方程。通过对敷设双支撑约束阻尼简支梁在支撑层厚度变化的参数研究,可以看到增设适当厚度的支撑层能够达到更好的减振效果。     

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。     

利用约束阻尼材料降低船舶结构噪声的试验研究

本文闸述了阻尼材料减振机理及国外发展情况,约束阻尼结构减振应用试验研究课题的试验方案、试验装置、主要试验结果及分析意见。试验表明:对于5mm厚的钢板涂复自由阻尼层有一定减振效果,且随着阻尼层厚度逐步增加而明显;当采取约束阻尼结构时,减振效果有较大提高。     

约束阻尼层在输电塔风振控制中的应用

约束阻尼层是机械及航空工程中常用的阻尼减振方法之一。讨论了在1 000 kV特高压输电线路典型钢管塔应用约束阻尼层的风振控制问题。首先给出了粘弹性阻尼材料的基本力学特性和约束阻尼层的两种有限元建模方法。通过ANSYS对一简单约束阻尼层结构采用两种不同有限元模型进行数值仿真分析比较,给出了在ANSYS中准确模拟这类结构的途径。应用这一建模方法对钢管塔主材安装约束阻尼层后的减振效果进行了数值仿真。结果表明,在主材设置约束阻尼层后杆塔一阶纵向和一阶横向弯曲模态阻尼比均有较大提高,但扭转模态的模态阻尼比提高很少。时域风振分析表明,设置约束阻尼层后塔顶的顺风向加速度响应显著降低。最后从结构及阻尼层的模态应变能角度建议了阻尼材料及约束阻尼层设置部位的选取原则。     

基于温频效应的约束型垫高阻尼结构抗振性研究

考虑黏弹性阻尼材料的温度依赖性和频率依赖性,基于黏弹性阻尼材料的本构模型,利用ANSYS和MATLAB协同仿真的模态应变能迭代法,对约束型垫高阻尼结构的抗振性进行研究。分别考察温度、厚度对约束型垫高阻尼结构振动特性指标的影响,结果表明:存在最佳温域使约束型垫高阻尼结构的抗振性最好,因此,在减振降噪工程中尽量保证工作温度和最佳温域相匹配;随着垫高层、约束层厚度的递增,存在最佳厚度使结构的模态损耗因子达到峰值,而随着阻尼层厚度的递增,结构模态损耗因子增加的幅值由大变小,因此,后续有必要开展结构的优化设计。     

阻尼层合板中波传播性能研究

最近许多约束阻尼复合结构的研究中,阻尼层一般都选用粘弹性材料,由于粘弹性材料的刚度一般远小于约束层和基层的刚度,所以大部分研究都在计算和建模时,忽略粘弹材料的弯曲刚度,而不考虑阻尼层的外延和弯曲变形的影响。应用高阶理论研究了敷设具有一定刚度的蜂房型粘弹性材料的约束阻尼层合板结构动力学方程,探讨了复合层合板梁在振动情况时材料的弯曲刚度,剪切刚度对弯曲波在复合梁中传播的能量损耗影响,以及各层厚对层合板梁的阻尼性能的影响。     

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。     

约束型复合阻尼隔声板的隔声性能及其应用研究

约束型复合高阻尼隔声板具有良好的隔振、隔声性能,特别适用于对隔声结构的厚度有苛刻要求的场合。对影响约束型复合高阻尼隔声板主要结构参数的研究,有利于指导其设计、制造和应用选择。根据对约束型复合高阻尼隔声板隔声计算模型的计算与实验表明,当隔声板的面积减小时,其低频隔声量会随之增加;当隔声板阻尼层的厚度等量递增时,其隔声量也近似等比例地提高;当面板材料的弹性模量较小时,隔声板的低频和高频的隔声量都会变差;当隔声板阻尼层剪切模量较高时会导致隔声量偏低。     

复合材料夹层壳振动分析的高阶剪切变形理论

本文提出了计及复合材料面板横向剪切变形的夹层壳高阶位移模式,该模式满足夹层壳上、下表面剪应力为零的条件,并以此推导出夹层壳自由振动的有限元方程,讨论了夹层壳的夹芯及面板的阻尼特性,给出阻尼矩阵的形成方式,将数值计算与实验结果进行了对比,最后给出了阻尼比Ψ随夹芯厚度h_c、剪切模量G和阻尼损耗因子β的变化曲线.     

高耸构筑物爆破拆除触地振动试验研究

高耸构筑物爆破拆除触地振动对周围的影响不容忽视,其塌落体触地与小重锤夯击地面具有一定的相似性,详细介绍了采用小重锤试验进行模拟研究的基本原理、操作方法,利用试验结果对质点峰值振速衰减规律和缓冲垫层减振效果进行了分析。结果表明:当落锤高度和缓冲垫层厚度不变时,随着测点距离的增加,各测点的峰值振速衰减明显;当落锤高度和测点距离不变时,随着缓冲垫层厚度的增加,测点峰值振速也衰减明显。触地振动速度衰减系数Kt随着缓冲垫层厚度的增大而减小,而触地振动速度衰减指数β刚好相反,垂直向地震波衰减比水平向快。缓冲垫层厚度存在一个临界值,一定范围内减振效果明显,大于临界值效果减弱,减振效果呈"小→大→小"的趋势。减振率是一个变数,可以通过改变缓冲垫层厚度进行控制,缓冲垫层厚度与落锤高度之比h/H=0.02⁰.04时可以达到80%0.04时可以达到80%⁹3%。试验结论用于实际工程效果良好,对类似工程具有一定的参考价值。     

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。     

减振型阻尼钢轨有限元分析

利用有限元ANSYS软件对6种阻尼结构钢轨进行谐响应分析,通过比较加速度-频率响应曲线以及结构的损失因子,确定最佳阻尼设计方案。分析结果表明：采用约束阻尼处理技术制成的减振型钢轨有良好的减振效果;在较宽的频率范围（0-5000Hz）内获得较好的减振降噪效果,再综合经济、加工难易等因素,得到约束层厚度为3cm、阻尼层厚度为2cm以及约束材质为铝材是较为合理的。     

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.     

Vibration Modeling of Multilayer Composite Structures with Viscoelastic Layers

This work deals with the vibration of orthotropic multilayer sandwich structures with viscoelastic core. A finite element model is derived from a classical zigzag model with shear deformation in the viscoelastic layer. The aim of the present work is to establish numerical models and develop numerical tools to design multilayer composites structures with high damping properties. To fulfill this purpose, a finite element model has been developed for vibration analysis of a sandwich plate (elastic orthotropic)/(viscoelastic orthotropic)/(elastic orthotropic). A numerical study from the variation of the damping properties of the structures was performed according to the faces materials fibers orientation.     

Active constrained layer damping of smart laminated composite sandwich plates using 1–3 piezoelectric composites

This paper deals with the analysis of active constrained layer damping (ACLD) of sandwich plate with laminated composite faces. The constraining layer of the ACLD treatment is composed of the vertically/obliquely reinforced 1?C3 piezoelectric composites. Several honeycomb core materials like HEREX honeycomb and honeycomb with foam fill separated by different facing materials have been studied and a three-dimensional finite element model has been developed considering first order shear deformation theory individually for each layer of the sandwich plate. The effect of the ratio between the face sheet thickness and the core thickness of the sandwich plate on the frequency response has been studied. Particular emphasis has been placed on investigating the effect of the variation of piezoelectric fiber orientation angle on the performance of the ACLD treatment.