粘彈性約束層阻尼結構拓撲優(yōu)化設計方法.pdf

1、粘彈性阻尼技術是現(xiàn)代工業(yè)領域中抑制結構振動與噪聲的一種重要手段，利用該技術可以有效提高系統(tǒng)阻尼，抑制結構寬頻振動噪聲，達到顯著的減振效果。一直以來對粘彈性約束層阻尼結構的研究主要集中在阻尼材料的整體敷設中，但已有部分研究表明，局部敷設時不僅會減輕結構總質(zhì)量，甚至可以得到更好的阻尼效果，基于此，對結構表面敷設的約束層阻尼材料進行拓撲優(yōu)化設計具有重要意義。
　　本文針對粘彈性約束層阻尼結構的拓撲優(yōu)化設計方法進行研究，主要內(nèi)容包括:

2、r>　　(1)基于復模量模型表征的粘彈性阻尼材料本構關系，建立粘彈性約束層阻尼結構的有限元模型，并對其固有頻率、損耗因子和響應進行分析；通過算例分析和實驗，驗證所建模型的正確性；在此基礎上，研究局部敷設阻尼材料對整體結構固有特性的影響。研究表明：對阻尼材料的使用量及其敷設位置進行合理優(yōu)化，不僅可以提高其利用率，甚至會獲得更好的減振性能。
　　(2)針對粘彈性約束層阻尼材料敷設形狀與位置的優(yōu)化問題，建立以模態(tài)損耗因子為目標函數(shù)的拓撲

3、優(yōu)化模型，基于模態(tài)應變能法推導了目標函數(shù)對設計變量的靈敏度，采用濾波技術消除棋盤格式，以粘彈性約束層阻尼薄板結構為研究對象，基于漸進優(yōu)化算法對阻尼材料布局進行優(yōu)化，并通過實驗分析，驗證所得結果的正確性。
　　(3)基于變密度法建立粘彈性約束層阻尼結構的拓撲優(yōu)化模型，采用優(yōu)化準則法推導出Lagrange乘子的迭代公式，通過對移動極限常數(shù)和體積約束等參數(shù)的修正，實現(xiàn)對結構中約束層阻尼材料敷設形狀及位置的拓撲優(yōu)化設計，并通過實驗驗證得優(yōu)

4、化構型的正確性。研究表明：基于漸進優(yōu)化算法和變密度法所得到的拓撲構型大體相近，且基于變密度法的拓撲優(yōu)化設計具有更好的效果和更高的優(yōu)化效率。
　　(4)針對某型號飛機的APU進氣道壁板用粘彈性阻尼結構進行減振時，采用變密度法實現(xiàn)以進氣道壁板前四階模態(tài)損耗因子最大化為目標函數(shù)的拓撲優(yōu)化設計。研究表明：與現(xiàn)有結構的減振效果進行對比分析，采用拓撲優(yōu)化后的阻尼處理能夠在一定范圍內(nèi)降低壁板結構的振動與應力水平，提高壁板結構的抗振動疲勞破壞能力