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《南京航空航天大学》 2006年
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阻尼结构的建模、识别和拓扑优化研究

韦勇  
【摘要】: 阻尼一直是结构动力学分析中的一个难点,传统的阻尼矩阵识别方法建立在比例阻尼模型的基础上,精度难以满足要求;难以按要求设计阻尼结构的模态阻尼比;附加阻尼层结构虽然被大量用于结构的减振,但是尚无对附加阻尼层结构的分布进行优化的方法,无法做到用最少的附加阻尼层材料达到最佳的减振效果。为此,本文针对上述问题,提出阻尼结构的建模、识别和拓扑优化方法,具体内容如下: (1)建立结构非比例阻尼矩阵的识别方法:在结构动力学分析中引入精确度较好的非比例阻尼Liang模型,通过类似于矩阵Kronecker积和列展开的方法,建立了非比例阻尼矩阵的识别方法,并且建立了在实验模态不完备情况下的数值迭代算法。该方法识别的精度好于比例阻尼矩阵识别方法和简化的非比例阻尼矩阵识别方法,识别得到的阻尼矩阵满足稀疏带状对称矩阵的形式,符合真实情况,克服了通常的识别方法得到的阻尼矩阵是满阵的缺点。 (2)建立附加阻尼器结构的阻尼矩阵识别方法:建立阻尼器的数学模型,导出附加阻尼器结构的动力学分析方法,利用矩阵Kronecker积求解矩阵方程,建立利用不完备实验模态识别附加阻尼器的位置和阻尼系数大小的方法,同时提出了相应的迭代算法。算法的识别精度非常高,在测试模态数大于待识别阻尼器个数的条件下,可以以几乎100%的精度识别出阻尼器的位置和阻尼系数的大小。可以十分有效的解决工程中识别附加阻尼单元的问题。 (3)建立对阻尼结构的模态阻尼比优化方法:在动力学方程中引入阻尼器的模型,推导出结构阻尼比对阻尼器的安装位置的灵敏度,建立了利用在结构上安装阻尼器对结构的模态阻尼比进行优化设计的方法。包含两方面内容:(a)在阻尼器阻尼系数给定的条件下,在灵敏度最大的位置安装阻尼器,是结构的某一阶或某几阶模态阻尼比达到最大;(b)在给定结构的某一阶或某几阶模态阻尼比的设计值条件下,首先确定灵敏度最大的安装位置,然后经过迭代求解,确定阻尼器的阻尼系数,使之满足给定的模态阻尼比设计值。利用模态阻尼比优化方法,可以设计结构的动响应,满足工程实际需要。 (4)建立自由阻尼板的拓扑优化方法:阻尼层的材料采用粘弹性材料,粘弹性材料和普通的弹性材料不同,在用有限元方法求解数值解时会得到高阶的振动方程,需要寻求新的方法求解这样的高阶振动微分方程。本部分的工作包含以下两个内容:(a)首先从粘弹性材料的本构关系出发应用虚功原理,推导出自由阻尼板的有限元动力学方程,这是一个高阶振动微分方程,通过扩充系数矩阵的阶数使结构的微分方程为一阶微分方程,建立自由阻尼材料板特征值问题的有限元求解方法。然后推导出自由阻尼板模态阻尼比对阻尼材料单元删除的灵敏度表达式。并采用进化法的思路,逐步删除阻尼材料中灵敏度最低的单元,使保留的单元具有最大的减振效果,达到对阻尼材料层拓扑优化的目的。(b)为了减少拓扑优化所耗的机时,从能量损耗的角度出发,建立快速的阻尼材料拓扑优化方法:首先计算粘贴阻尼材料之前结构的频率和振型,并由此计算能耗最大的阻尼材料粘贴位置,然后在这些位置上粘贴阻尼材料就可以达到用最少的阻尼材料获得最佳的减振效果的目的。算例表明,快速拓扑优化的结果和进化法的结果很接近,而所耗机时只有进化法的1/8-1/10。 (5)建立约束阻尼板的拓扑优化方法:和自由阻尼板相比,约束阻尼板在节点位移中增加了剪切自由度,在增加减振效果的同时也增加了分析的难度。本部分的工作包括以下三部分:(a)建立约束阻尼板以横向位移w表示的振动微分方程,并给出了在四边简支条件下的固有频率和振型的解析表达式。(b)从粘弹性材料的本构关系出发应用虚功原理,推导出约束阻尼板的有限元动力学方程,这是一个高阶振动微分方程,通过扩充系数矩阵的阶数使结构的微分方程为一阶微分方程,建立约束阻尼材料板特征值问题的有限元求解方法。然后推导出约束阻尼板模态阻尼比对阻尼材料单元删除的灵敏度表达式。并采用进化法的思路,逐步删除阻尼材料中灵敏度最低的单元,使保留的单元具有最大的减振效果,达到对阻尼材料层拓扑优化的目的。(c)为了减少拓扑优化所耗的机时,从能量损耗的角度出发,建立快速的阻尼材料拓扑优化方法:首先计算粘贴阻尼材料之前结构的频率和振型,并由此计算能耗最大的阻尼材料粘贴位置,然后在这些位置上粘贴阻尼材料就可以达到用最少的阻尼材料获得最佳的减振效果的目的。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:O342

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【参考文献】
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1 冯文贤,陈新;结构振动系统阻尼矩阵的估计方法[J];广东工业大学学报;2001年03期
2 董军,邓洪洲,王肇民;结构动力分析阻尼模型研究[J];世界地震工程;2000年04期
3 陈国平;粘性阻尼结构振动系统的实空间解耦和迭代求解[J];振动工程学报;2000年04期
【共引文献】
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1 梅玉林;王晓明;;A LEVEL SET METHOD FOR STRUCTURAL TOPOLOGY OPTIMIZATION WITH MULTI-CONSTRAINTS AND MULTI-MATERIALS[J];Acta Mechanica Sinica;2004年05期
2 Joseph Cadman;Richard Appleyard;;Characterization of cuttlebone for a biomimetic design of cellular structures[J];Acta Mechanica Sinica;2010年01期
3 ;Topology optimization of 3D structures with design-dependent loads[J];Acta Mechanica Sinica;2010年05期
4 ;Recent development in structural design and optimization[J];Acta Mechanica Sinica;2010年06期
5 王显会;许刚;李守成;包继英;;特种车辆车架结构拓扑优化设计研究[J];兵工学报;2007年08期
6 张兆良;;双横臂悬架上、下摆臂轻量化设计[J];北京汽车;2010年02期
7 龙凯;左正兴;肖涛;Rehan H.Zuberi;;ICM Method Combined with Meshfree Approximation for Continuum Structure[J];Journal of Beijing Institute of Technology;2010年03期
8 WAQAS Saleem;QASIM Zeeshan;;Topology Optimization for Manufacturable Configuration Design of Aircraft Tail Rib[J];Computer Aided Drafting,Design and Manufacturing;2009年01期
9 苟鹏;崔维成;;考虑依赖于结构形状的载荷的连续体结构拓扑优化[J];船舶力学;2006年01期
10 王艳苹;尚新春;;输液管道振动的流体流动效应[J];重庆工学院学报(自然科学版);2007年07期
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1 刘书田;冯超恒;;基于现有软件的参数化结构拓扑优化实现技术与程序系统[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年
2 曾金玲;;拓扑优化技术在发动机零部件设计中的应用[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
3 ;The optimization model of structure topology optimization[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
4 杜建镔;宋先凯;;基于声学准则的阻尼材料分布优化设计[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
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6 刘远东;尹益辉;;基于多目标优化的螺栓-法兰连接结构尺寸设计[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
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2 庄守兵,吴长春,冯淼林,袁振;基于均匀化方法的多孔材料细观力学特性数值研究[J];材料科学与工程;2001年04期
3 孙社营;粘弹材料阻尼性能的分析模拟和预测[J];材料开发与应用;2004年05期
4 李春祥;都敏;韩兵康;;基于AR模型模拟超高层建筑的脉动风速时程[J];地震工程与工程振动;2008年03期
5 程耿东;关于桁架结构拓扑优化中的奇异最优解[J];大连理工大学学报;2000年04期
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8 熊伟,刘耀宗,邱静,郁殿龙;材料阻尼模型综述[J];功能材料;2005年10期
9 袁振,吴长春;复合材料周期性线弹性微结构的拓扑优化设计[J];固体力学学报;2003年01期
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4 林松;复杂条件下粘弹阻尼材料本构关系研究及阻尼结构的优化设计[D];西南交通大学;2007年
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8 缪辉辉;斜拉桥拉索抗振应用技术研究[D];重庆交通大学;2008年
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1 张辉;新型渐开线少齿差行星减速器的设计研究[D];浙江工业大学;2012年
【二级参考文献】
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1 黄宗明,白绍良,赖明;结构地震反应时程分析中的阻尼问题评述[J];地震工程与工程振动;1996年02期
2 张阿舟,朱德懋;阻尼系统的振动分析[J];航空学报;1984年03期
3 董军,邓洪洲,王肇民,杨荣;组合巨型框架结构振动特性研究[J];建筑结构;1998年09期
4 王肇民,邓洪洲,董军;高层巨型框架悬挂结构体系抗震性能研究[J];建筑结构学报;1999年01期
5 王立忠,罗健;高层钢结构房屋中钢筋混凝土外挂板的减振作用[J];建筑结构学报;1995年02期
6 倪金福 ,张阿舟;关于复模态理论的几个问题[J];南京航空航天大学学报;1982年S2期
7 董军,邓洪洲,王肇民;结构动力分析阻尼模型研究[J];世界地震工程;2000年04期
8 李田;结构时程动力分析中的阻尼取值研究[J];土木工程学报;1997年03期
9 胡海岩;结构阻尼模型及系统时域动响应[J];振动工程学报;1992年01期
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9 叶红玲;隋允康;;ICM结构拓扑优化方法中过滤函数的探讨[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
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1 张侃;正品手机电池识别方法[N];通信产业报;2000年
2 本报首席记者 崔晓农;农资下乡:实惠送到家门口[N];山西经济日报;2009年
3 广西 黄绍侃;集成电路管脚识别方法[N];电子报;2001年
4 李艳;注水鸡肉的识别方法[N];中国食品质量报;2005年
5 黄建同;第五套人民币防伪技术及识别方法[N];人民公安报;2007年
6 李雨田;纸和纸板的丝缕方向及其识别方法[N];中国包装报;2005年
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1 韦勇;阻尼结构的建模、识别和拓扑优化研究[D];南京航空航天大学;2006年
2 王晓明;特定功能结构的拓扑优化[D];大连理工大学;2010年
3 胡三宝;多学科拓扑优化方法研究[D];华中科技大学;2011年
4 徐胜利;基于拓扑优化的结构刚度和渗流多功能材料设计[D];大连理工大学;2010年
5 陈欢;直线阵潜艇噪声源高分辨定位识别方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
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