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粘弹性约束阻尼夹层结构振动分析及优化设计
| 论文题名： | 粘弹性约束阻尼夹层结构振动分析及优化设计 |
| 关键词： | 汽车工程;减振技术;粘弹性约束阻尼夹层结构;优化设计 |
| 摘要： | 粘弹性阻尼材料以其良好的振动能量耗散能力在汽车阻尼减振技术中得到了广泛的应用。粘弹性约束阻尼复合结构与黏贴或涂敷阻尼材料相比具有良好的减振降噪效果,但其阻尼性能对温度、振动频率等工作环境的依赖度很大,如何准确地建立阻尼复合结构的模型一直是工程分析中的难点。本文依据模态应变能理论,建立约束阻尼结构计算模型,利用基因遗传优化算法和渐进优化算法进行相应的阻尼结构优化设计。本文主要工作内容如下 首先,分析影响粘弹性阻尼材料性能的重要环境因素,通过数学模型近似描述粘弹性阻尼材料的力学性能,依据模态应变能理论,将粘弹性阻尼材料引起的结构振动复特征值问题简化为实特征值问题,运用ANSYS/APDL建立约束阻尼(CLD)矩形板有限元模型进行求解,并与传统复特征值法进行对比,结果显示模态应变能法计算过程简便,且能够满足计算精度要求。 其次,针对粘弹性阻尼材料的温变和频变特性,改进模态应变能法,通过ANSYS/APDL与MATLAB联合仿真,分析环境温度、结构参数以及结构形式对阻尼结构模态固有频率和损耗因子的影响。算例结果表明联合仿真方法能够灵活的对阻尼复合结构振动特性进行研究,在阻尼结构设计中具有一定的理论和实用意义。 然后,引入基因遗传优化算法(GA),建立以阻尼处理起始位置、阻尼处理长度、阻尼层厚度和约束层厚度为优化变量,以结构模态损耗因子、结构模态频率改变量及阻尼处理附加质量为优化目标的约束阻尼梁多目标优化的数学模型,采用MATLAB遗传算法工具对不同优化方案进行优化。对比不同方案的优化结果表明遗传算法优化效果显著,能够灵活地对阻尼结构进行优化设计。 最后,推导结构模态损耗因子相对于阻尼胞单元位置的灵敏度表达式,基于渐进优化算法的优化准则,设计渐进拓扑优化计算流程,通过ANSYS/APDL参数化的程序设计语言编写拓扑优化程序,对约束阻尼矩形薄板的阻尼处理位置进行拓扑优化,分析满足阻尼处理体积约束条件下,不同模态阻尼损耗因子最大化时的约束阻尼处理构型。 结果表明,环境温度、各层厚度和结构形式是影响阻尼结构减振性能的重要参数,基于模态应变能法的阻尼结构振动分析和优化设计能够满足工程分析精度要求,具有一定工程应用价值。 |
| 作者： | 赵文龙 |
| 专业： | 动力工程(内燃机) |
| 导师： | 舒歌群 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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