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约束阻尼复合结构的振动分析与优化设计

赵小波  
【摘要】: 由于工程结构中广泛采用粘弹性材料进行振动控制,以及近年来大量涌现的具有粘弹性性质的新材料,使得研究粘弹性复合结构的动力特性问题上升到重要位置。 本文首先介绍学习了内变量模型,并描述了温度、频率对粘弹性材料性能的影响。并以ISD 112粘弹性材料为例,应用内变量理论编制程序对其性能参数进行了数值拟合,由结果分析与其提供的实验数据相吻合。避免了直接使用诺模图,因为诺模图通常会导致提取材料参数的不准确。学习推导了含有2n-1和2n层阻尼材料的复合简支梁结构的振动模型,及运动方程。 应用MATLAB编制了数值优化程序,探讨了温度对多层阻尼复合简支梁的结构损耗因子和固有频率的影响。并以结构各层的厚度及结构重量对复合梁进行了优化设计,研究了温度对其性能的影响。通过算例讨论了弹性、粘弹性材料的厚度既位置的变化对结构的频率和损耗因子的影响,为最佳的阻尼处理提供一定的依据,且其优化结果较好。 接下来研究了部分铺设约束阻尼梁的振动响应,对影响约束阻尼复合梁振动响应的各参量进行了研究,确定了影响复合梁振动响应的主要参变量,如PCLD铺设位置,长度以及阻尼层和约束层厚度,粘弹性材料的剪切模量等。然后,根据目标函数对部分铺设约束阻尼处理简支梁的PCLD的长度,位置以及粘弹性材料的剪切模量进行了优化讨论。并对简支梁在受谐振激励下的位移响应进行了讨论,为部分铺设约束阻尼结构设计提供了很好的理论参考。 最后作为对粘弹性结构振动响应的进一步探讨,研究了振动时弹性波在阻尼层合板中传播性能。探讨了复合层合板梁在振动情况时材料的弯曲刚度,剪切刚度对弹性弯曲波在复合简支梁中传播的能量损耗影响,以及各层厚度对层合板梁的阻尼性能的影响。 本文通过利用振动理论方法研究弹性-粘弹性复合结构的动态特性,讨论和分析了结构边界条件、结构刚度以及层合方式对复合结构动力特性影响,获得了一些具有工程应用价值的结论。


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