短柱壳—约束层阻尼系统建模与减振机理研究

论文摘要

首先,本文分别以带有开口阻尼环(套)的短柱壳装置、过盈配合的短柱壳／阻尼片装置为研究对象,运用弹性力学、材料力学和接触力学的有关理论研究了开口阻尼环(套)、阻尼片与短柱壳之间的接触压力和接触刚度的求解方法,在此基础上,根据结构系统动力学理论建立了短柱壳／阻尼环(套、片)组合结构的等效线性系统模型。在旋转和静止情况下,利用ANSYS软件分别研究了阻尼环的安装位置,阻尼套厚度、宽度、开口量,阻尼片厚度、周向分布数量、过盈量等参数对短柱壳组合结构固有振动特性的影响规律。为了确保短柱壳高温时的工作可靠性,需要不断改善短柱壳的冷却技术,会在短柱壳的表面开不同数量、不同直径、不同排列形式的小孔,而在建立短柱壳固有振动特性计算数学模型时,难以计入小孔的影响,所以本文基于ANSYS软件分析了各种开孔特征的短柱壳固有振动特性的变化规律。其次,粘弹阻尼技术被广泛地应用在航空航天结构的振动控制中,它具有控制频率宽、可靠性高、鲁棒性强、结构简单和成本低的优点。所以本文将研究约束层阻尼短柱壳的振动特性,将该模型简化到二维空间,利用平面应变模型来求解约束层阻尼短柱壳的固有频率和损耗因子,并用ANSYS软件验证其结果,最终表明用此方法在求解约束层阻尼短柱壳结构的低阶和高阶固有频率和损耗因子都是精确的。但是实际中粘弹性材料的力学性能随频率的变化而变化,使得约束层阻尼短柱壳结构的动力学计算存在着一定困难。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求解变量参数(阻尼层处理方式、粘弹性层厚度和约束层厚度)对局部约束层阻尼短柱壳结构的固有频率及损耗因子的影响规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 背景及意义
• 1.2 国内外现状
• 1.3 本文研究内容的基本概念
• 1.4 研究内容
• 第2章 粘弹性阻尼材料
• 2.1 粘弹性阻尼材料动态力学性能
• 2.2 环境因素对粘弹性阻尼材料性能的影响
• 2.3 温频等效原理
• 2.4 粘弹性阻尼材料力学特性的表征方法
• 2.5 粘弹性材料力学性能的计算模型
• 2.6 粘弹性阻尼结构的有限元计算
• 2.7 本章小结
• 第3章 短柱壳—自由层阻尼结构建模
• 3.1 短柱壳—自由层阻尼系统动力学模型
• 3.2 短柱壳—自由层的接触模型
• 3.2.1 MATRIX27单元简介
• 3.2.2 SOLID186单元简介
• 3.2.3 接触面等效线性模型
• 3.2.4 接触压力的确定方法
• 3.2.4.1 对于开口阻尼环（套）的接触压力确定
• 3.2.4.2 对于片状阻尼套筒的接触压力确定
• 3.2.5 接触刚度的确定方法
• 3.3 振动特性分析
• 3.3.1 研究对象
• 3.3.2 假定条件
• 3.3.3 阻尼结构设计
• 3.3.4 对于无角速度的开口阻尼环的计算
• 3.3.5 对于无角速度的开口阻尼套简的计算
• 3.3.5.1 开口量△=10mm时加阻尼套简短柱壳组合结构固有频率
• 3.3.5.2 开口量△=30mm时加阻尼套简短柱壳组合结构固有频率
• 3.3.6 对于有角速度的开口阻尼环（套筒）的计算
• 3.3.6.1 有角速度的开口阻尼套筒的计算
• 3.3.6.2 有角速度的开口阻尼环的计算
• 3.3.7 对于片状阻尼套筒的计算
• 3.3.7.1 加不同厚度阻尼片的短柱壳组合结构固有频率
• 3.3.7.2 加不同周期数阻尼片的短柱壳组合结构固有频率
• 3.3.7.3 有角速度加不同厚度阻尼片的短柱壳组合结构固有频率
• 3.3.7.4 加不同过盈量阻尼片的短柱壳组合结构固有频率
• 3.3.7.5 有角速度加不同过盈量阻尼片短柱壳组合结构固有频率
• 3.4 带密布小孔短柱壳振动特性分析
• 3.4.1 概述
• 3.4.2 数值仿真结果
• 3.4.2.1 不同开孔形式仿真结果
• 3.4.2.2 数值仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 短柱壳-粘弹性约束层阻尼结构建模
• 41 短柱壳-粘弹性约束层阻尼系统动力学模型
• 4.1.1 假设条件
• 4.1.2 平面约束层阻尼短柱壳变形
• 4.1.3 动能表达式
• 4.1.4 平面应变
• 4.1.5 空间问题的应变与应力关系
• 4.1.6 短柱壳与约束层的应变能
• 4.1.7 粘弹性层的应变能
• 4.1.8 外力做功
• 4.1.9 拉格朗日方程
• 4.1.10 阻尼特性
• 4.1.11 瑞利-里兹法
• 4.2 解析解与数值解结果比较
• 4.2.1 单元选择
• 4.2.2 单元划分密度
• 4.2.3 解析解与有限元解比较
• 4.2.4 总结
• 4.3 用迭代法求解约束层阻尼短柱壳的固有频率和损耗因子
• 4.3.1 粘弹性材料的选择
• 4.3.2 结构模态频率及损耗因子的计算步骤
• 4.3.3 数值仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 全文的主要研究工作
• 5.2 相关问题展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介