主動約束阻尼結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化研究.pdf

1、主動約束阻尼技術(shù)集被動約束阻尼與主動控制技術(shù)為一體，通過主、被動一體化振動控制技術(shù)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動的寬頻、高效和安全控制。主動約束阻尼技術(shù)在汽車、飛機和艦船的結(jié)構(gòu)振動與噪聲控制方面展示了極其廣闊的應(yīng)用前景。本文圍繞國家自然科學(xué)基金項目“流載復(fù)合殼體一體化振動控制與拓撲優(yōu)化研究”，對主動約束阻尼結(jié)構(gòu)中阻尼材料分布與壓電層電壓分布的拓撲優(yōu)化研究，為主動約束阻尼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計與工程應(yīng)用提供理論與技術(shù)的支撐，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。主要

2、研究內(nèi)容包括：
　　 ①根據(jù)彈性、粘彈性和壓電材料的本構(gòu)關(guān)系，采用能量法，建立了局部附加主動約束阻尼板的有限元動力學(xué)模型，計算了約束阻尼板結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)和動力學(xué)響應(yīng)，通過與實驗計算結(jié)果進行比較，驗證了有限元模型的正確性。
　　 ②建立了以阻尼材料體積分數(shù)為約束條件，結(jié)構(gòu)模態(tài)阻尼比為目標函數(shù)的拓撲優(yōu)化模型。推導(dǎo)了模態(tài)阻尼比對阻尼材料變密度的靈敏度表達式。采用優(yōu)化準則法(Optimality Criteria，OC)，研究了

3、主動約束阻尼結(jié)構(gòu)阻尼材料的拓撲優(yōu)化布局，提出了基于OC法的阻尼結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法。算例表明：基于優(yōu)化準則法的阻尼結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法是漸進收斂的，具有計算效率高、結(jié)果穩(wěn)定的特點。
　　 ③運用移動漸近線法(The method of moving asymptote，MMA)，求解了主動約束阻尼結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化布局，提出了基于移動漸近線法的主動約束阻尼結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法。結(jié)果表明：基于移動漸近線法的主動約束阻尼結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法，將阻尼材料

4、布局優(yōu)化轉(zhuǎn)換為各阻尼胞單元厚度分布，在工程上具有很強的實用性，且優(yōu)化迭代過程穩(wěn)定、收斂。
　　 ④以壓電材料表面的單信道激勵電壓為設(shè)計變量，以基板振幅為目標函數(shù)，等時間段消耗的電能為約束條件，建立了壓電層電壓的拓撲優(yōu)化模型。推導(dǎo)了目標函數(shù)對設(shè)計變量的靈敏度，采用移動漸近線法，計算了對主動約束阻尼結(jié)構(gòu)中壓電層電壓的最優(yōu)拓撲分布。提出了主動約束阻尼結(jié)構(gòu)壓電層電壓拓撲優(yōu)化方法。
　　 ⑤對主動約束阻尼結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化進行了實驗研究