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。     

约束阻尼板双线性材料插值法拓扑动力学优化

为减小阻尼板质量并提高减振性能,研究了结构动力学优化技术。构建了以移动常数与模态损耗因子差值为目标、阻尼层单元密度为拓扑变量、阻尼层体积用量及振动模态频率为约束的阻尼板优化模型。利用序列凸规划法构造目标函数的凸性逼近式,采用拉格朗日乘子法解算逼近函数,以获取全局优化的阻尼层布局。利用模态损耗因子与模态应变能的本构关系推导目标函数关于拓扑设计变量的灵敏度,基于K-T条件构造拓扑变量迭代式。引入双线性插值函数惩罚拓扑变量并使其值聚集于0或1,编写并实现了悬臂阻尼板优化程序。当阻尼层体积用量控制在50%时,1阶模态损耗因子增大52.29%,灰度单元占比1.78%。阻尼板谐响应分析表明优化构形具良好减振特性。双线性插值优化既能充分发挥阻尼层的耗能效力又可大幅减少灰度阻尼单元数。     

考虑增材制造倾角约束的结构拓扑优化方法

为解决悬臂结构增材制造过程中的自支撑问题,本文提出了一种考虑制造倾角约束的结构拓扑优化方法,建立了满足增材制造倾角约束的单元密度更新迭代规则。以结构柔度最小为优化目标,得到了具有倾角约束的拓扑构型,采用熔融沉积型技术进行制备。结果表明,考虑增材制造倾角约束的连续体结构拓扑优化方法是有效的,该方法能够控制拓扑构型的倾角,可以实现在不添加额外支撑结构的情况下直接进行增材制造。     

基于增材制造各向异性的强度约束拓扑优化

增材制造工艺的特殊性导致制造结构展现出各方向不同的力学性能,为满足其所带来的更加严苛的结构强度设计需求,提出了一种基于双向渐进结构优化法的各向异性强度约束拓扑优化策略。推导了描述增材结构强度的各向异性Tsai-Hill失效系数,通过权重因子构建了包含失效系数约束的目标函数。详细求解了优化灵敏度公式,并采用敏度归一化等数值方法稳定优化历程。典型算例表明,所提方法可有效抑制高失效风险区域以保证结构强度,且在材料各向异性强度假设下可获得更优于von-Mesis应力相关设计的结果。此外,优化结果高度依赖于各向异性程度与材料堆叠角度参数的变化,因此合理的调整将有助于优化结构性能。     

基于ESO的约束阻尼板拓扑优化设计研究

基于渐进结构拓扑优化方法（Evolution Structural Optimization，ESO），以阻尼材料用量为约束条件、模态损耗因子最大化为目标函数，研究了约束阻尼板结构的拓扑优化设计问题，推导了灵敏度分析公式，给出了阻尼结构拓扑优化设计方法，得到了在一定阻尼材料用量下约束阻尼板结构的模态损耗因子最大的拓扑构形。该方法对于阻尼结构的优化设计有一定的意义，具有较强的工程实用性。     

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。     

考虑声振耦合下结构阻尼板降噪拓扑优化设计

弹性板-声腔系统声振耦合研究不仅要计算结构-声场耦合的频率以及振型,还要计算耦合后系统对设计变量的灵敏度.本文采用伴随法得到弹性板上节点位移对阻尼层单元的灵敏度,并使用变密度优化方法对阻尼材料敷设位置予以优化.同时,引入Sigmund提出的过滤公式,抑制优化过程中出现的棋盘格现象.分析表明,敷贴约束阻尼层后控制点位置的声压明显减低.与均匀敷贴阻尼相比,阻尼材料敷设位置优化后的结构能有效地抑制声腔内控制点的声压级和减轻结构重量.     

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。     

周期开孔约束阻尼板的有限元建模与阻尼特性分析

基于均匀化理论提出了一种周期开孔约束阻尼板的有限元建模方法,以提高动力学分析的计算效率.采用8节点实体单元建立粘弹性阻尼胞元的有限元模型,基于均匀化理论对粘弹性阻尼胞元的等效特性进行分析,得到均匀化本构矩阵.通过均匀化分析,周期开孔的粘弹性阻尼层可视为横观各向同性均匀材料,基于此建立周期开孔约束阻尼板的有限元模型.通过算例分析,验证了本文提出的建模方法的正确性.分析了粘弹性阻尼层的剪切模量、粘弹性阻尼层的厚度和开孔率对结构阻尼特性的影响,为周期开孔约束阻尼板在工程中的应用提供了指导.     

约束阻尼变密度材料属性合理近似插值模型全域灵敏度减振优化

针对圆柱壳约束阻尼拓扑减振优化问题,基于变密度材料属性合理近似插值模型,构建以模态损耗因子最小为优化目标的拓扑减振模型,引入振型控制因子MAC评价振型的阶跃状态,寻优迭代轻量化约束设计域内的减振优化解。推导目标灵敏度的插值模型,演算全域优化求解算法,建立∞-范数的全域灵敏度拓扑变量优化准则,避免非凸优化函数的部分目标灵敏度参与优化迭代的局部优化解和跳跃。编程实现了壳构件约束阻尼结构的减振优化分析。结果表明:全域优化算法寻优域广,迭代历程稳定时间短、敷设部分阻尼材料易获得有效的减振效果。     

齿轮传动的阻尼减振技术研究

主要研究了各种阻尼减振形式对齿轮传动轮体振动的影响,通过有限元软件ANSYSY计算得到一对齿轮传动周期性变化啮合力,对齿轮进行简化,将计算得到的啮合力作用到齿轮轮体上,比较齿轮轮体在添加阻尼前后的振动情况.结果表明对于单腹板齿轮,约束阻尼层的减振方式优于非约束阻尼层的方式,可以有效地降低腹板振动,减小噪声.     

解全局优化问题的进化策略及其仿真

:讨论了进化策略算法中几个因子对算法性能的影响 ,通过罚函数、变异、杂交方法的选择提出了一种新的进化策略算法 ,通过仿真证明了算法的可行性和有效性     

材料阻尼测试方法研究

采用基础激励下的共振驻留法,研究了用双悬臂梁试件测试材料阻尼的原理方法和实施途径,通过数值仿真计算分析了双悬臂梁试件两臂的不平衡程度对阻尼测试精度的影响,提出了用双悬臂梁试件测试材料阻尼时提高测试精度的方法.     

航空齿轮附加阻尼碗减振性能分析

航空齿轮轮体振动是航空齿轮结构失效的一个重要原因,利用附加阻尼碗提供外摩擦抑制轮体振动是一项有意义的尝试。利用等效线性化方法,将干摩擦作用转化为对系统特性参数的修正,通过在接触面间添加等效弹簧单元和等效阻尼单元建立附加阻尼碗组合结构等效分析模型;利用APDL编程实现动载荷在弧齿锥齿轮节锥上循环加载,应用ANSYS软件求解了组合结构等效模型的动态响应,得到了阻尼碗对结构动态响应的影响。     

船舶模型阻尼减振试验研究

采用船舶模型粘贴橡胶阻尼材料进行整船舱室减振试验研究,分别采集了甲板和舱底的振动加速度,计算得出了粘贴橡胶阻尼材料前后的减振量。试验研究表明,阻尼材料对不同频率段和不同舱室会产生不同的减振效果,这对阻尼技术在船舶减振工程上的应用具有一定的指导意义。