阻尼結構的減振特性及其拓撲動力學優(yōu)化研究.pdf

1、阻尼結構減振是一種實用的、有效的被動控制減振技術，而黏附粘彈性阻尼材料是一種常用的方式。在一些對產品性能要求較高或近乎苛刻的行業(yè)領域，如航空航天、武器裝備等，對附加減振阻尼材料勢必提出更高的動力學特性要求。研究阻尼結構的振動特性和減振最優(yōu)，必然顯得尤為重要。本文重點研究了在動力學方面阻尼結構減振特性和阻尼材料的拓撲優(yōu)化方法。
　　構建阻尼結構的動力學有限元模型是研究工作展開的基礎?？紤]到阻尼材料的粘貼厚度與長寬相差較多的數量級，一

2、般地呈現薄板殼結構的特性，進而引入了阻尼結構層與層之間位移場的連續(xù)性。在此基礎上，給出了位移場方程并據此建立了結構的動力學分析有限元模型理論?；贏NSYS二次開發(fā)編程語言對模型進行求解并利用實驗數據和解析數據驗證了該模型的有效性，為后續(xù)研究拓撲動力學迭代優(yōu)化提供了計算基礎。
　　從微分角度，研究不同體積、不同位置的阻尼材料作用于結構減振時帶來的利弊，形成對阻尼材料應用拓撲優(yōu)化的構想。將靜力學中研究應用成熟的變密度法拓展至動力學領

3、域。以阻尼材料用量、振動特征方程、模態(tài)頻率為約束，以多模態(tài)損耗因子倒數加權和最小為目標，建立阻尼結構拓撲優(yōu)化模型，并引入MAC因子控制結構的振型以避免躍階。在引入質量陣懲罰因子基礎上，推導出優(yōu)化目標靈敏度。在接下來的仿真中，發(fā)現了靈敏度數值的正負性不統(tǒng)一影響優(yōu)化迭代格未更新每一個設計變量，分析了產生不連續(xù)尋優(yōu)的根本原因。鑒于考慮目標函數的非凸性，而采用常規(guī)優(yōu)化準則法(OC)則尋優(yōu)可能會使拓撲變量出現負值或陷入局部優(yōu)化解，故引入數學規(guī)劃移

4、動漸近技術對OC法進行改進，從而將全體拓撲變量納入改進算法的優(yōu)化迭代過程，演算了其數學推導過程，提出∞-范數的概念。編程實現了阻尼結構改進OC法拓撲動力學優(yōu)化并對改進算法性能進行了仿真。應用本文研究的減振有限元模型和改進算法理論，仿真常見的阻尼結構，并從單模態(tài)和多模態(tài)以及諧響應特性分析方面給予了優(yōu)化結果數據分析展示。
　　研究結果表明，引入層層位移場連續(xù)的有限元模型具有較高的精度，阻尼材料使用量50％-80%時減振效果較好以及粘貼