粘彈性約束阻尼夾層結構振動分析及優(yōu)化設計.pdf

1、 粘彈性約束阻尼夾層結構振動分析 及優(yōu)化設計 粘彈性約束阻尼夾層結構振動分析 及優(yōu)化設計 Vibration analysis and optimization of sandwich structure treated with viscoelastic constrained layer damping 學科專業(yè)：動力工程（內(nèi)燃機） 研 究 生：趙文龍 指導教師：舒歌群 教授 天津大學機械工程學院 二零一三年十二月 摘 要 粘彈性

2、阻尼材料以其良好的振動能量耗散能力在汽車阻尼減振技術中得到了廣泛的應用。 粘彈性約束阻尼復合結構與黏貼或涂敷阻尼材料相比具有良好的減振降噪效果，但其阻尼性能對溫度、振動頻率等工作環(huán)境的依賴度很大，如何準確地建立阻尼復合結構的模型一直是工程分析中的難點。 本文依據(jù)模態(tài)應變能理論， 建立約束阻尼結構計算模型， 利用基因遺傳優(yōu)化算法和漸進優(yōu)化算法進行相應的阻尼結構優(yōu)化設計。本文主要工作內(nèi)容如下 首先， 分析影響粘彈性阻尼材料性能的重要環(huán)境因素

3、， 通過數(shù)學模型近似描述粘彈性阻尼材料的力學性能， 依據(jù)模態(tài)應變能理論， 將粘彈性阻尼材料引起的結構振動復特征值問題簡化為實特征值問題，運用 ANSYS/APDL 建立約束阻尼(CLD)矩形板有限元模型進行求解，并與傳統(tǒng)復特征值法進行對比，結果顯示模態(tài)應變能法計算過程簡便，且能夠滿足計算精度要求。 其次，針對粘彈性阻尼材料的溫變和頻變特性，改進模態(tài)應變能法，通過ANSYS/APDL 與 MATLAB 聯(lián)合仿真， 分析環(huán)境溫度、 結構參數(shù)

4、以及結構形式對阻尼結構模態(tài)固有頻率和損耗因子的影響。 算例結果表明聯(lián)合仿真方法能夠靈活的對阻尼復合結構振動特性進行研究， 在阻尼結構設計中具有一定的理論和實用意義。 然后，引入基因遺傳優(yōu)化算法（GA） ，建立以阻尼處理起始位置、阻尼處理長度、阻尼層厚度和約束層厚度為優(yōu)化變量，以結構模態(tài)損耗因子、結構模態(tài)頻率改變量及阻尼處理附加質量為優(yōu)化目標的約束阻尼梁多目標優(yōu)化的數(shù)學模型，采用 MATLAB 遺傳算法工具對不同優(yōu)化方案進行優(yōu)化。對比不同

5、方案的優(yōu)化結果表明遺傳算法優(yōu)化效果顯著，能夠靈活地對阻尼結構進行優(yōu)化設計。 最后， 推導結構模態(tài)損耗因子相對于阻尼胞單元位置的靈敏度表達式， 基于漸進優(yōu)化算法的優(yōu)化準則，設計漸進拓撲優(yōu)化計算流程，通過 ANSYS/APDL 參數(shù)化的程序設計語言編寫拓撲優(yōu)化程序， 對約束阻尼矩形薄板的阻尼處理位置進行拓撲優(yōu)化， 分析滿足阻尼處理體積約束條件下， 不同模態(tài)阻尼損耗因子最大化時的約束阻尼處理構型。 結果表明， 環(huán)境溫度、 各層厚度和結構形式是