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《薄壁構(gòu)件約束阻尼結(jié)構(gòu)動力學(xué)拓撲優(yōu)化研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、薄壁構(gòu)件約束阻尼結(jié)構(gòu)動力學(xué)拓撲優(yōu)化研究重慶大學(xué)博士學(xué)位論文學(xué)生姓名：房占鵬指導(dǎo)教師：鄭玲教授專業(yè)：車輛工程學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)汽車工程學(xué)院二O一五年四月ResearchonDynamicTopologyOptimizationofThinWallStructurewithConstrainedLayerDampingTreatmentAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegree
2、ofMechanicalEngineeringByFangZhanpengSupervisedbyProf.ZhengLingSpecialty:VehicleEngineeringCollegeofAutomotiveEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2015中文摘要摘要薄壁構(gòu)件不僅能夠以很小的重量代價，承擔(dān)相當(dāng)大的載荷，而且具有散熱性能良好等特性，在航空航天和汽車等行業(yè)上獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代工業(yè)節(jié)能環(huán)保的要求，輕量化成為產(chǎn)品設(shè)計中一個重
3、要的部分，隨之而來的薄壁構(gòu)件的振動噪聲問題也日益突出。約束阻尼結(jié)構(gòu)能有效地抑制結(jié)構(gòu)寬頻振動噪聲，在傳統(tǒng)的約束阻尼結(jié)構(gòu)減振設(shè)計中，將約束阻尼材料覆蓋于整個結(jié)構(gòu)的表面，有效抑制結(jié)構(gòu)振動和噪聲的同時，增加了結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量。本文以約束阻尼薄板結(jié)構(gòu)為研究對象，在深入研究約束阻尼板結(jié)構(gòu)有限元建模的基礎(chǔ)上，將動力學(xué)拓撲優(yōu)化方法引入到約束阻尼材料在薄板結(jié)構(gòu)上的布局優(yōu)化問題中，提出了約束阻尼薄板結(jié)構(gòu)的動力學(xué)拓撲優(yōu)化方法，為提高約束阻尼材料的利用率和抑制振動的能力提供了一種新的方法。本文的研究成果主要有一下幾個方面：根據(jù)彈性材料和粘彈性材
4、料的本構(gòu)關(guān)系，采用能量法，建立了約束層阻尼板的有限元動力學(xué)模型，通過算例驗證了有限元模型的正確性。分析了約束阻尼懸臂板的約束阻尼材料使用量和分布位置對約束阻尼結(jié)構(gòu)的振動特性的影響，闡明了對約束阻尼材料的布局進行優(yōu)化的必要性。建立了以模態(tài)損耗因子最大化為目標(biāo)函數(shù)的約束阻尼板的拓撲優(yōu)化模型，基于模態(tài)應(yīng)變能方法，推導(dǎo)了目標(biāo)函數(shù)對設(shè)計變量的靈敏度，采用獨立網(wǎng)格濾波技術(shù)消除棋盤格式，制定了刪除和添加約束阻尼單元的規(guī)則，編制基于雙向漸進優(yōu)化算法的約束阻尼結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化流程，對約束阻尼懸臂板結(jié)構(gòu)的約束阻尼材料的布局進行了優(yōu)化，并與漸
5、進優(yōu)化算法的優(yōu)化結(jié)果進行對比分析，結(jié)果顯示：本文提出的基于雙向漸進優(yōu)化算法的約束阻尼拓撲優(yōu)化方法具有更好的優(yōu)化能力，得到的拓撲構(gòu)型比漸進優(yōu)化算法更優(yōu)。基于SIMP插值模型，重新組裝了約束阻尼板的質(zhì)量矩陣和剛度矩陣。建立以模態(tài)損耗因子倒數(shù)最小化為優(yōu)化目標(biāo)的約束阻尼結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化模型。為了避免模態(tài)交換的問題，跟蹤計算迭代過程中的MAC值。推導(dǎo)了目標(biāo)函數(shù)對設(shè)計變量的靈敏度，采用獨立網(wǎng)格濾波技術(shù)消除棋盤格式。編制基于SIMP插值模型和MMA算法的約束阻尼結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化流程，以約束阻尼懸臂板和兩短邊固定的約束阻尼板為研究對象，對
6、約束阻尼材料的布局進行了優(yōu)化，驗證了提出的優(yōu)化方法的有效性和適用性。提出了在對指定頻帶簡諧激勵下，以約束阻尼結(jié)構(gòu)的某些位置的共振峰值的平方最小化為優(yōu)化目標(biāo)的約束阻尼結(jié)構(gòu)動力學(xué)拓撲優(yōu)化模型。針對傳統(tǒng)的靈敏度分析方法未考慮模態(tài)阻尼比的靈敏度，會產(chǎn)生較大的誤差的問題，對傳統(tǒng)的靈敏I重慶大學(xué)博士學(xué)位論文度分析方法進行改進，提出了考慮模態(tài)阻尼比靈敏度的靈敏度分析方法。采用漸進優(yōu)化算法對建立的優(yōu)化模型進行求解，編制了其優(yōu)化流程。以懸臂的約束阻尼板和四邊固定的約束阻尼板為研究對象，對拓撲優(yōu)化結(jié)果進行了分析，結(jié)果表明：兩種靈敏度分析方
7、法的優(yōu)化結(jié)果均能夠降低優(yōu)化目標(biāo)值，并且本文提出的考慮了模態(tài)阻尼比靈敏度的靈敏度分析方法得到的優(yōu)化結(jié)果比未考慮模態(tài)阻尼比靈敏度的靈敏度分析方法的優(yōu)化結(jié)果的模態(tài)阻尼比更大共振峰值更小，驗證了本文提出的考慮了模態(tài)阻尼比靈敏度的靈敏的方法更有效。提出了在約束阻尼結(jié)構(gòu)受簡諧激勵或頻帶簡諧激勵時，以約束阻尼結(jié)構(gòu)的某些位置的頻響位移最小化為優(yōu)化目標(biāo)約束阻尼結(jié)構(gòu)的動力學(xué)拓撲優(yōu)化模型。采用復(fù)模態(tài)疊加法對約束阻尼動力學(xué)方程求解，分析了直接法和伴隨法計算靈敏度的特點和適用范圍，通過算例分析確定了采用伴隨法對建立的動力學(xué)優(yōu)化模型進行靈敏度分析
8、。采用MMA算法對優(yōu)化模型進行求解，編制以頻響位移最小化為優(yōu)化目標(biāo)的約束阻尼結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化流程。通過算例分析，驗證了提出的優(yōu)化方法的有效性。最后，對約束阻尼板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化布局進行了實驗研究，驗證了本文提出的拓撲優(yōu)化方法的正確性和有效性。關(guān)鍵詞：拓撲優(yōu)化，約束阻尼，模態(tài)損耗因子，雙向漸進優(yōu)化算法，移動漸近線算法II英文摘要ABSTRA
