粘弹性夹层板振动特性的有限元分析

摘要

利用粘弹性材料对结构进行阻尼减振处理是当前普遍采用的方法。如何对粘弹性阻尼结构的振动特性进行准确地分析，并使其实现最优化，是工程阻尼处理设计中的一个重要问题。由于传统的分析和优化方法对实验和经验的依赖性很强，在实际应用中成本较高。针对这一点，论文应用有限元法对粘弹阻尼夹层板进行了数值分析，并在此基础上运用神经网络对阻尼处理结构进行了优化设计。 由于粘弹性材料的力学性能随频率的变化而变化，使得对粘弹性阻尼夹层板结构的动力学计算存在着一定困难。论文针对粘弹性材料的这一特性，应用模态应变能迭代法来解决这一问题，并运用大型通用有限元程序ANSYS来求解复合夹层结构的各阶固有频率及损耗因子。论文同时还讨论了边界条件，阻尼层厚度等设计参数及环境温度对结构频率和损耗因子的影响，为阻尼结构的优化设计提供了一定的依据。该方法能够简便有效地应用于实际粘弹阻尼处理结构的设计和优化之中，具有很好的实用性和准确性，在阻尼工程应用方面具有较大的理论和实用价值。 在有限元仿真的计算结果的基础上，论文运用广义回归神经网络(GRNN)代替传统的拟合方法，对约束阻尼夹层板的固有频率和损耗因子与几何参量的关系进行了拟合，然后应用SQP算法对结构进行了优化设计，优化效果良好。该方法能以很少的有限元分析次数取得高精度的近似模型，并且使优化计算耗时大为减少，优化效率大大提高。 对约束阻尼夹层板动力响应进行了研究，采用一种工程近似计算的简便方法，运用ANSYS计算了阻尼夹层板结构在简谐激励下的动力响应。该方法中的结构阻尼阵以瑞利阻尼形式给出。最后，论文给出了实验研究的方案，为下一步运用实验来研究结构的阻尼效果提供了技术路线。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文主要研究内容

2粘弹性阻尼材料基本特性及数学模型

2.1材料阻尼能量损耗及评估指标

2.1.1材料阻尼的耗能机理

2.1.2阻尼材料动态力学性能及性能评定

2.2材料阻尼的数学模型

2.3影响阻尼材料特性的主要因素

2.2.1温度的影响

2.2.2频率的影响

2.4材料动态力学性能的曲线拟合

2.4.1拟合方法简介

2.4.2温频等效原理

2.4.3模量和损耗因子的经验公式

3复合结构动力问题的有限元分析

3.1粘弹性结构动力问题的有限元分析

3.2弹性—粘弹性复合结构动力问题分析

3.2.1复合单元

3.2.2弹性—粘弹性复合结构有限元方程

3.3结构阻尼设计研究

3.3.1设讨思想

3.3.2阻尼处理方式

3.4几种有限元算法及比较

4粘弹性复合夹层板振动特性分析及优化设计

4.1模态应变能法的有限元分析

4.1.1模态应变能法的理论模型

4.1.2基于有限元分析的迭代法

4.2算例及分析

4.2.1计算方法的精确度

4.2.2算例分析及讨论

4.3基于GRNN的阻尼夹层板的优化设计

4.3.1 GRNN网络模型介绍

4.3.2网络训练与测试

4.3.2夹层板的优化设计

5复合夹层板的动态响应计算及实验研究

5.1夹层板结构的动态响应

5.1.1夹层板结构的阻尼分析

5.1.2阻尼系数的确定

5.1.3夹层板在简谐激励下的稳态响应计算

5.2实验方案研究

5.2.1试件模型和实验环境

5.2.2实验装置

5.2.3实验方法

结论

参考文献

附录A NYJ-1A-5-73材料诺莫图

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢