復(fù)雜結(jié)構(gòu)的阻尼減振理論及設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、工程結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制中，鋪設(shè)阻尼材料和安裝阻尼器的方法被廣泛地用以改善結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能。上述方法的實(shí)施能夠有效地減少結(jié)構(gòu)的振動(dòng)幅度，使其限制在結(jié)構(gòu)可以承受的范圍之內(nèi)。在某些特殊領(lǐng)域，經(jīng)典的鋪設(shè)阻尼材料和安裝阻尼器的方法不能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，諸如飛行器結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制。由于對(duì)結(jié)構(gòu)本身重量有嚴(yán)格要求，采用粘貼阻尼材料和安裝阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)減振時(shí)，需要嚴(yán)格限制粘貼材料的用量和安裝阻尼器的重量；此外，需要結(jié)合復(fù)雜的外界環(huán)境條件，解決在復(fù)雜結(jié)構(gòu)上合理鋪設(shè)約束阻

2、尼材料和有效布置阻尼器的問題，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)?；诖?，本文針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的阻尼減振理論及設(shè)計(jì)方法，主要從以下方面進(jìn)行了研究：
　　 (1)首先，在頻域內(nèi)研究了粘彈性阻尼材料的動(dòng)力學(xué)特性，總結(jié)了阻尼材料的阻尼模型及阻尼結(jié)構(gòu)形式。其次，利用能量方法并根據(jù)虛功原理對(duì)約束阻尼板的振動(dòng)方程進(jìn)行建模，采用有限元方法對(duì)不同粘彈性性阻尼模型的約束阻尼結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行了求解，得到了結(jié)構(gòu)的模態(tài)阻尼比，分析了阻尼層厚度和泊松比對(duì)結(jié)

3、構(gòu)模態(tài)阻尼比的影響。最后，引入了Krylov縮聚理論，并論證了將其應(yīng)用于約束阻尼結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能拓?fù)鋬?yōu)化的可行性。
　　 (2)采用了變密度拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)約束阻尼板結(jié)構(gòu)約束層和阻尼層布局優(yōu)化問題進(jìn)行了研究。以體積為約束函數(shù)、模態(tài)阻尼比為目標(biāo)函數(shù)，推導(dǎo)出模態(tài)阻尼比的敏度，引入MAC矩陣跟蹤優(yōu)化模態(tài)振型，以保證對(duì)固定階的模態(tài)進(jìn)行優(yōu)化。給出了約束阻尼層板動(dòng)力學(xué)性能的變密度優(yōu)化方法，得到了約束阻尼層的最優(yōu)拓?fù)錁?gòu)形。為了有效的抑制棋盤格現(xiàn)

4、象，采用節(jié)點(diǎn)變密度方法并引入變周長(zhǎng)上限方法對(duì)板結(jié)構(gòu)的約束阻尼層進(jìn)行了布局優(yōu)化，并得到了一定材料用量下約束阻尼層最優(yōu)的布局。
　　 (3)根據(jù)Love's假設(shè)和薄殼理論，對(duì)約束阻尼圓柱殼的動(dòng)力方程進(jìn)行了理論分析。首先，基于拓?fù)鋬?yōu)化思想，提出一種新的以約束層和阻尼層鋪設(shè)體積為約束條件、模態(tài)阻尼比函數(shù)為目標(biāo)的拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型；其次，利用拓?fù)鋬?yōu)化分析方法，得到了阻尼材料用量一定的情況下、結(jié)構(gòu)的模態(tài)阻尼比函數(shù)值最大的阻尼材料分布構(gòu)形。數(shù)值

5、仿真驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　 (4)針對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)中阻尼器位置及參數(shù)優(yōu)化問題，提出了分步優(yōu)化方法，考慮阻尼器自身重量的影響，對(duì)一般阻尼結(jié)構(gòu)模態(tài)阻尼比位置靈敏度進(jìn)行了分析，建立了阻尼器位置優(yōu)化模型。利用李亞譜諾夫方程建立結(jié)構(gòu)能量最小為優(yōu)化準(zhǔn)則的目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算確定阻尼器的參數(shù)；基于結(jié)構(gòu)勢(shì)能最小的原理提出以結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)幅值的平方為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)受外界載荷作用下的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理布置相應(yīng)參數(shù)的阻尼器，達(dá)到改善結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能，降低結(jié)

6、構(gòu)動(dòng)響應(yīng)水平的目的，并通過相應(yīng)的工程實(shí)例對(duì)所提方法進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 (5)工程中，有些結(jié)構(gòu)經(jīng)常受到強(qiáng)烈的振動(dòng)與沖擊、高分貝噪聲或惡劣的氣象條件作用，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)壽命降低、儀表失靈，從而誘發(fā)一系列嚴(yán)重事故的問題。采用在結(jié)構(gòu)中粘貼粘彈性材料和布置阻尼器的方法對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行優(yōu)化，以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。提出了整體--局部--整體的設(shè)計(jì)思路，并采用不同的減振方法對(duì)結(jié)構(gòu)的各部件進(jìn)行減振分析處理。最后，將各部件的處理結(jié)果整合到整體結(jié)構(gòu)中，