基于阻尼耗能的薄板結(jié)構(gòu)低噪聲拓?fù)鋬?yōu)化方法研究.pdf

1、在進(jìn)行薄板結(jié)構(gòu)低噪聲設(shè)計(jì)時(shí),基于增加結(jié)構(gòu)阻尼耗能的處理方法是最為直接、有效的,它不僅可以降低結(jié)構(gòu)的響應(yīng)峰值,還能提高機(jī)械系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的抗振性和穩(wěn)定性。在阻尼復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,由于現(xiàn)代產(chǎn)品輕量化及結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)耗能特性的要求,阻尼材料往往只能在特定位置局部覆蓋,不同的分布對結(jié)構(gòu)阻尼耗能特性影響很大,傳統(tǒng)的優(yōu)化手段很難得到最優(yōu)的分布形式,材料利用率低,是限制阻尼技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。本文以薄板結(jié)構(gòu)為研究對象,在深入研究約束阻尼和壓電分流阻尼

2、復(fù)合板有限元建模和分布特性的基礎(chǔ)上,將拓?fù)鋬?yōu)化方法引入阻尼層在薄板結(jié)構(gòu)上的分布優(yōu)化問題中,提出了基于阻尼耗能的薄板結(jié)構(gòu)低噪聲拓?fù)鋬?yōu)化方法。本文的研究成果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
　　對約束阻尼層復(fù)合板結(jié)構(gòu)的有限元建模方法進(jìn)行了研究,提出了粘彈性層的界面有限單元模型,該模型可以與基于Love-Kirchhoff經(jīng)典板殼理論建立的基礎(chǔ)層和約束層單元直接耦合,提高了建模效率,采用模態(tài)應(yīng)變能方法計(jì)算了模態(tài)損耗因子,并通過數(shù)值模型驗(yàn)證了建模

3、方法的正確性;應(yīng)用基于迭代格式的IRS(ImprovedReducedSystem)動(dòng)態(tài)縮聚IIRS方法對模型降階,提高了計(jì)算速度,最后分析了約束阻尼層在懸臂梁上的分布形式對結(jié)構(gòu)阻尼耗能特性的影響。
　　基于各向正交懲罰材料密度法(SIMP)密度-剛度插值方法,建立了阻尼復(fù)合板結(jié)構(gòu)有限元模型,分析了懲罰因子的選擇方法,以避免優(yōu)化過程中產(chǎn)生局部模態(tài),采用移動(dòng)漸進(jìn)線法(MMA)作為優(yōu)化求解器,引入敏度過濾技術(shù)消除數(shù)值算法的不穩(wěn)定性和模

4、態(tài)跟蹤方法保證模態(tài)階次不發(fā)生變化,計(jì)算了模態(tài)損耗因子對設(shè)計(jì)變量的敏度,提出了拓?fù)鋬?yōu)化一般流程,最后采用數(shù)值算例驗(yàn)證了優(yōu)化方法的有效性。
　　采用有限元-邊界元方法,給出了阻尼復(fù)合板結(jié)構(gòu)輻射聲功率的計(jì)算模型,引入了聲阻抗矩陣概念,分析了聲學(xué)靈敏度,采用SIMP插值模型和MMA算法,對典型約束阻尼復(fù)合板結(jié)構(gòu)單頻輻射聲功率進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化并分析了優(yōu)化結(jié)果;分析了板結(jié)構(gòu)聲輻射模態(tài)特性,提出了基于聲輻射模態(tài)理論的拓?fù)鋬?yōu)化目標(biāo)函數(shù),可以實(shí)現(xiàn)聲功

5、率在某階模態(tài)峰值最小,但該方法僅適用于模態(tài)頻率較低的情形。
　　基于分層線性位移假設(shè),考慮了界面應(yīng)力和位移連續(xù)條件,由Hamilton原理和第二類壓電方程,推導(dǎo)了壓電復(fù)合板的力電耦合動(dòng)力學(xué)有限元方程,數(shù)值驗(yàn)證了建模方法的工程適用性;結(jié)合外部電路電壓與電流的關(guān)系,建立了壓電分流阻尼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)方程,分析了常見分流電路的減振特性。
　　采用閉路準(zhǔn)靜態(tài)能量循環(huán)方法,闡述了壓電復(fù)合結(jié)構(gòu)廣義機(jī)電耦合系數(shù)(GEMCC)在能量層面的含義,分析