粘弹性阻尼结构减振降噪分析及优化研究

论文摘要

机械系统的减振降噪一直都是国内外研究的焦点。不仅因为振动噪声普遍存在,还因为它对于一些重大工程项目有着巨大的影响。粘弹性材料具有良好的结构阻尼特性,可以在设备的减振降噪中发挥巨大作用,使得粘弹性阻尼结构被广泛研究。但是,由于粘弹性材料的弹性模量和损耗因子往往随频率变化,对设计计算造成了一定的困难。论文围绕粘弹性阻尼结构的设计计算进行方法研究和验证,为解决实际问题服务。论文首先研究粘弹性材料属性的测试及计算方法,获得材料的属性参数。其次针对传统的自由阻尼层结构和约束阻尼层结构进行设计计算,将自由阻尼层和约束阻尼层结构中粘弹性材料的频变属性采用常数进行代替,并证明由这种代替产生的误差满足工程需要,同时还对粘弹性阻尼结构的敷设位置以及粘弹性阻尼结构的厚度参数进行计算和优化。最后对船用大型机组设备进行仿真计算,说明粘弹性阻尼结构的减振降噪功效。论文的主要内容包括:第一章:总结粘弹性阻尼结构设计计算和优化的研究现状,提出论文要开展的研究内容。第二章:对粘弹性材料的弹性模量和损耗因子的频变特性进行研究,采用标准流变学模型和分数阶导数模型分别对测试得到的材料蠕变曲线进行拟合,再由拟合的蠕变函数推导出材料的频变特性。通过比较两种模型的结果,最终确定由分数阶导数模型描述的频变特性。第三章:给出振动噪声设计计算的理论依据。由材料损耗因子计算结构模态阻尼比,由有限元模型计算功率谱说明模态联合计算方法的物理意义,并通过推导模态联合计算方法的表达式,得到机械结构减振降噪的优化目标函数。此外,论文还给出了在ANSYS软件中对材料具有频变特性时进行模态计算的APDL程序流程。第四章:对实际设备的缩比模型进行计算和实验验证。在粘弹性材料属性随频率变化的状态下,对约束阻尼层结构和自由阻尼层结构进行了模态计算,并根据固有频率、模态阻尼比和模态振型的对比确定了在计算频段内用来代替粘弹性材料频变属性的常数值。采用有限元方法对缩比模型进行了模态联合计算,根据模态联合计算结果来配置阻尼结构的粘贴位置。对采取不同阻尼结构处理的模型进行谐响应计算,并采用边界元进行声学计算。对缩比模型的谐响应进行测试,将实测的加速度和声响应与计算结果进行对比,验证计算方法的正确性。第五章:对整机系统进行约束阻尼层处理的设计计算。首先建立整机的有限元模型,并对约束阻尼层基板、粘弹性材料层和约束层之间的厚度比例进行优化计算。对整机进行模态联合计算,根据计算结果得到整机约束阻尼层的布置方式。最后对整机进行有、无约束阻尼状态下的振动谐响应分析和声学计算,验证粘弹性约束阻尼层对于整机系统的减振降噪作用。第六章:对论文工作进行总结,给出论文的创新点,提出研究展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 粘弹性阻尼结构的研究概况
• 1.3 粘弹性阻尼结构的优化
• 1.4 计算方法
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第二章 粘弹性材料
• 2.1 引言
• 2.2 标准流变学模型
• 2.3 分数阶导数模型
• 2.4 材料实验
• 2.5 本章小结
• 第三章 设计计算理论
• 3.1 引言
• 3.2 阻尼
• 3.3 功率谱分析
• 3.4 减振降噪设计目标函数
• 3.5 粘弹性阻尼层模型
• 3.6 粘弹性材料的模态
• 3.7 声辐射理论
• 3.8 本章小结
• 第四章 仿真计算和实验验证
• 4.1 引言
• 4.2 变频计算验证
• 4.2.1 模态计算对比
• 4.2.2 粘弹性材料常数属性选择
• 4.2.3 模态阻尼比误差分析
• 4.3 模态联合计算
• 4.4 实验与结果
• 4.4.1 实验系统构成
• 4.4.2 实验过程
• 4.4.3 实验结果对比分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 整机优化设计
• 5.1 引言
• 5.2 板厚优化分析
• 5.3 整机模态联合计算
• 5.4 整机减振效果计算
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 主要结论
• 6.2 主要创新
• 6.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目
• 上海交通大学学位论文答辩决议书