粘彈性約束阻尼夾層結(jié)構(gòu)振動分析及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、 粘彈性約束阻尼夾層結(jié)構(gòu)振動分析 及優(yōu)化設(shè)計 粘彈性約束阻尼夾層結(jié)構(gòu)振動分析 及優(yōu)化設(shè)計 Vibration analysis and optimization of sandwich structure treated with viscoelastic constrained layer damping 學(xué)科專業(yè)：動力工程（內(nèi)燃機） 研 究 生：趙文龍 指導(dǎo)教師：舒歌群 教授 天津大學(xué)機械工程學(xué)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(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。 粘彈性約束阻尼復(fù)合結(jié)構(gòu)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(zhǔn)確地建立阻尼復(fù)合結(jié)構(gòu)的模型一直是工程分析中的難點。 本文依據(jù)模態(tài)應(yīng)變能理論， 建立約束阻尼結(jié)構(gòu)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(yīng)的阻尼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(xué)模型近似描述粘彈性阻尼材料的力學(xué)性能， 依據(jù)模態(tài)應(yīng)變能理論， 將粘彈性阻尼材料引起的結(jié)構(gòu)振動復(fù)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(fù)特征值法進行對比，結(jié)果顯示模態(tài)應(yīng)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(yīng)變能法，通過ANSYS/APDL 與 MATLAB 聯(lián)合仿真， 分析環(huán)境溫度、 結(jié)構(gòu)參數(shù)

4、以及結(jié)構(gòu)形式對阻尼結(jié)構(gòu)模態(tài)固有頻率和損耗因子的影響。 算例結(jié)果表明聯(lián)合仿真方法能夠靈活的對阻尼復(fù)合結(jié)構(gòu)振動特性進行研究， 在阻尼結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)模態(tài)損耗因子、結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率改變量及阻尼處理附加質(zhì)量為優(yōu)化目標(biāo)的約束阻尼梁多目標(biāo)優(yōu)化的數(shù)學(xué)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(jié)果表明遺傳算法優(yōu)化效果顯著，能夠靈活地對阻尼結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。 最后， 推導(dǎo)結(jié)構(gòu)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(zhǔn)則，設(shè)計漸進拓?fù)鋬?yōu)化計算流程，通過 ANSYS/APDL 參數(shù)化的程序設(shè)計語言編寫拓?fù)鋬?yōu)化程序， 對約束阻尼矩形薄板的阻尼處理位置進行拓?fù)鋬?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(gòu)型。 結(jié)果表明， 環(huán)境溫度、 各層厚度和結(jié)構(gòu)形式是