主动约束层阻尼板结构动力学建模

基于板壳理论、压电理论和粘弹性理论,对由基板层、粘弹阻尼层和压电约束层组成的3层复合主动约束层阻尼板结构的动力学建模进行了研究.在对主动约束层阻尼(active constrained layer damping,简称ACLD)板结构进行有限元划分的基础上,建立7自由度平面矩形ACLD板单元,利用拉格朗日方法建立结构动力学方程.建模过程中利用GHM方法描述粘弹性材料(viscoelastic material,简称VEM)的本构关系,与有限元法结合并极大简化粘弹结构的力学建模问题.对经典算例的计算与仿真表明,提出的建模方法是准确的,ACLD结构能够有效增加粘弹阻尼层的剪切变形,增大振动能量耗散,控制结构振动.     

主动约束阻尼梁的分段线性二次规划自适应减振控制

为了提高对主动约束阻尼梁的减振效率和稳定性,依据能量法和有限元法建立压电约束阻尼梁的动力学模型,应用Ritz法缩减了系统模型,根据模型特点采用加速度二级反馈减振控制,并对控制系统Lyapunov方程的稳定性进行了证明,基于此提出一种分段线性二次规划(Piecewise linear quadratic programming,PLQR)自适应减振控制方法。通过对多种控制方式和不同初始频率时简支梁振动特性的分析,表明控制增益和补偿频率的选取直接影响减振控制的稳定性和收敛速度;PLQR自适应控制相对于线性二次规划(Linear quadratic programming,LQR)和恒增益恒频率调控对系统振动衰减最快;与被动约束阻尼减振相比,在固有频率附近电压和中点振幅的自适应变换最显著,具有更好的减振效果。     

主动约束层阻尼板的振动控制研究

研究局部附加主动约束层阻尼（active constrained layer damping,ACLD）结构板的振动控制问题。基于Hamilton原理，提出一种新的建立主动约束导板动力学模型的方法，同时给出一种用于确定粘弹材料GHM（Golla-Hughes-Mctavish）模型参数的优化问题。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，推导得到ACLD结构的动力学方程为标准二阶定常线性系统方程。应用LQR控制理论进行结构振动控制仿真，结果表明，本文给出的新建模方法是准确可靠的，ACLD结构能够有效抑制结构振动。     

含压电片悬臂梁的LQR振动主动控制

应用有限元方法建立了贴有压电驱动器的悬臂梁动力学模型,并基于控制目标函数的LQR法,利用Matlab系统仿真,研究了悬臂梁振动主动控制与抑制的问题。最后,提供了数值示例,说明该方法能有效控制悬臂梁的振动。     

电磁辅助支承被动阻尼减振与主动阻尼减振的比较

对基于电磁执行器的一种新型支承结构--电磁辅助支承的被动阻尼减振和主动阻尼减振进行比较.首先通过各自的数学模型分析其阻尼减振的不同机理,然后在一四自由度电磁辅助支承转子系统中进行验证,并取得较好的实验效果.通过比较可知,在被动阻尼控制中电磁执行器仅提供负的动刚度和随转速变化的动阻尼;而主动阻尼控制则可以根据需要提供正负刚度和固定或变化的阻尼;且在相同的静态励磁电流下,主动减振效果优于被动减振,但前者结构复杂,造价较高,而后者实施容易.     

两相材料约束阻尼结构的动力学建模与求解

针对两相材料约束阻尼结构的动力学建模与求解复杂的问题,基于Hamilton能量原理,采用有限元方法建立了约束阻尼板结构的动力学方程,对所建立的动力学方程进行了求解;最后以两相约束阻尼悬臂板为例,对其结构关键部位的动响应进行了计算,计算过程中引入了Krylov缩聚理论;通过对缩聚前后所得关键部位响应的比较,验证了将Krylov缩聚理论应用到约束阻尼结构动力学求解中的合理性;结果表明所采用方法可为工程结构的阻尼减振降噪提供理论依据。     

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。     

含SMA约束层的复合材料矩形板的阻尼能力分析

研究由形状记忆合(shape memory alloy，简写为SMA)SMA约束层、SMA纤维混杂叠层材料构成的复合材料矩形板的阻尼性能。采用多胞模型和细观力学阻尼分析方法，分别预测叠层复合材料单层的弹性性能和阻尼性能，在叠层材料中计入横向剪切变形的影响。在导出矩形板的应变能和耗散能的基础上，根据最大应变能理论建立板的模态阻尼比的数学表达式。数值结果表明，文中提出的含有SMA约束层的SMA纤维叠层复合材料的集成阻尼设计方法，是一种有效的阻尼增强方案。     

层叠式聚偏氟乙烯主动约束层阻尼与圆柱壳结构的振动控制

设计一种层叠式聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride, PVDF)主动约束层阻尼结构,将其应用于圆柱壳结构,采用Hamilton变分原理,导出局部附加层叠式PVDF主动约束层阻尼(ALCLD)圆柱壳的振动控制方程.给出层叠式PVDF主动约束层作动力的解析表达式,对两端简支圆柱壳的振动控制进行模拟.研究表明,层叠式PVDF主动约束阻尼层结构产生的作动力与PVDF层数成正比,控制电压相同时,增大主动约束层层数和粘接层厚度,可以有效地增大作动力,显著提高振动抑制效果.研究发现,粘贴在壳曲面上的主动约束层能够在径向产生大的作动力,这对壳曲面面外的振动控制非常有利.     

隔膜抽气泵用三明治约束阻尼垫片减振特性分析

隔膜抽气泵在运转过程中会产生振动,使用阻尼垫片可以有效减小其振动。设计并制备了一种三明治约束阻尼垫片,其约束层使用铝合金,阻尼层采用黏弹性材料。通过时域和频域响应分析对比了三明治约束阻尼垫片安装前后隔膜泵的振动响应,发现该垫片能够以4 mm（或传统的1/10）厚度实现良好的减振效果,提高了系统的稳定性。与此同时,本文还从材料和结构的角度分析了三明治约束阻尼垫片的减振机理。     

碳纤维桁架结构的阻尼减振

介绍了桁架结构减振的理论,提出了碳纤维桁架结构阻尼减振的几种方法,进行了仿真分析。对减振效果较好的方法进行了实物制造和振动试验,证实了提出的阻尼减振方法有很好的效果。     

含弹性约束复合阻尼板的振动机理与特性

针对汽车车身减振降噪需求,开发新型复合黏弹性阻尼材料。基于经典的自由阻尼和约束阻尼耗能原理,提出了一种含弹性约束的具有剪切和弯曲复合耗能机制的复合阻尼层结构。基于层间位移连续关系和薄板理论建立了阻尼复合板的位移方程和应变能能量方程,针对局部阻尼敷设及四边简支边界条件,结合假设模态法,推导出了复合阻尼板的运动微分方程、振动频率特征值方程等,求解得到了复合阻尼板的固有频率及损耗因子。复合阻尼层可用于研究单相材料不同参数特性及多相材料性能对比,且随着弹性层的上移,减振性能越好。复合耗能机理公式的推导,也为其在汽车上应用提供理论依据。     

机敏约束层阻尼薄板有限元建模与实验研究

基于Kichhoff薄板理论,考虑基层、粘弹性层和压电层的耦合运动及位移协调关系,采用有限元法建立了机敏约束层阻尼结构的单元动力学方程。在单元组集后的系统总动力学方程中将基层的弹性结构阻尼以比例阻尼的形式给出,同时为表征粘弹性材料随温度、频率变化的力学特性,结合GHM(GollaHughes-Mctavish)模型推导出了结构的有限元总动力学分析方程。以局部覆盖机敏约束层阻尼的对边固支板铝板为实例,通过动力学参数理论计算与模态试验对比分析,结果表明:考虑基层阻尼后的分析结果明显好于不考虑基层阻尼的分析结果,与实验更接近;在总动力学方程中引入GHM模型,可以用相对较少的耗散自由度得到较准确的有限元动力学模型,减少了计算工作量。     

压电分流阻尼控制悬臂梁振动的实验研究

采用压电分流阻尼原理,对根部粘贴压电陶瓷片的柔性悬臂梁振动控制进行了实验研究。实验中设计了一个由电容、电阻和运算放大器组成的等效电感电路,解决了压电分流电路设计中的超大电感器问题。根据测试得到的带压电分流电路悬臂梁的闭路和开路自然频率,确定出了压电分流电路的最优参数,对悬臂梁的瞬态振动和单频简谐激励下的稳态振动控制实验表明了压电分流阻尼被动控制结构振动的有效性。     

离心机磁流变主动减振控制机理的研究

利用磁流变减振机理,去解决离心机由于非线性振动带来的减振困难问题.通过研究构建了磁流变减振器动力学模型,设计了离心机的磁流变减振器,运用模糊控制原理对磁流变减振器进行主动控制,通过计算机仿真,获得了较为满意的结果.     

具有主、被动约束层阻尼的拉压型结构研究

粘弹性材料已广泛用于阻尼结构的弯曲振动。具有主动与被动相结合的约束层 阻尼技术研究目前也多集中于梁、板等结构的弯曲振动,而主、被动约束层阻尼拉压 型结构则很少研究。本文给出了一种主、被动约束层阻尼拉压型结构模型,推导了一 些数学表达式,给出了优化设计方法及分析结果。     

空间站科学实验平台并联主动减振系统动力学建模研究

使用凯恩方法建立空间柜并联主动减振系统动力学模型,并对模型进行线性化,得到模型的状态空间形式。对空间微重力环境进行研究,设计并联主动减振机构对空间实验柜进行减振。空间微重力环境具有振动频率低、振动幅度小、随机振动强的特点,并联主动减振系统可以良好抑制振动干扰。并联主动减振机构由空间实验柜、直线型音圈电机、推杆、传感器组成,空间实验柜为减振对象。推杆通过柔性铰链将空间实验柜与空间站舱体连接到一起。控制器接受由传感器采集的空间实验柜加速度与相对位移信号,并驱动直线型音圈电机抵消干扰。最后,对系统线性化的动力学模型进行仿真,并与非线性动力学模型的仿真进行对比,对模型进行了验证。     

考虑层间变形的约束阻尼圆柱壳振动特性分析

在约束阻尼减振结构中,中间的黏弹性层主要依靠基体及约束层的交错运动产生剪切变形而消耗能量,因而这种层间变形关系需要被有效引入以提升建模精度,为此采用有限元法对局部贴敷约束阻尼层圆柱壳进行了动力学建模方法研究。首先,基于Donnell''s薄壳理论,在考虑各层之间变形关系的基础上,推导了复合单元的刚度及质量矩阵;其次,构造了一种过渡单元来连接复合壳单元和仅有基体的单层单元,实现了局部贴敷约束阻尼层圆柱壳总刚度及总质量矩阵的有效组集;然后,在考虑复合圆柱壳弹性约束边界条件的基础上,确定了复合壳的运动方程,并给出了求解振动特性的公式;最后,进行了实例研究,通过与实验和ANSYS仿真结果的对比,验证了所提有限元模型的正确性,并进一步分析了约束层、阻尼层厚度变化对复合圆柱壳振动和阻尼特性的影响。     

管状对称阻尼减振降噪结构的优化

管状对称阻尼减振降噪结构有着结构损耗因数值大、用途广泛的优点，然而也存在着其结构参数互为耦连、参数不易合理选取的难题。建立了间隔及非间隔弹性约束层式管状对称结构的几何参数模型，对单阻尼层和多阻尼层式结构的几何参数及其对结构损耗因数的贡献开展了研究，并对该类结构进行了参数优化。把理论研究成果应用于轻轨列车转向架减振降噪装置的开发中。按照实用条件进行扫频动态试验，对结构优化模型进行试验验证并对开发出的装置进行了性能试验。结果表明，试验数据与理论模型有着良好的吻合性。