一種被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及的是一種被動(dòng)約束阻巧結(jié)構(gòu)振動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 被動(dòng)約束阻巧旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由基層、約束層和中間的阻巧層構(gòu)成，由于阻巧層的剪 切變形會(huì)導(dǎo)致大量的能量耗散，能夠有效抑制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和聲福射，并且該種結(jié)構(gòu)能夠W 較輕的質(zhì)量獲得較好的阻巧效果，因此被動(dòng)約束阻巧結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空、船舶、汽 車、管道運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。
[0003] 目前，被動(dòng)約束阻巧層結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容主要集中于結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)也就是確 定使結(jié)構(gòu)損耗因子取最大值時(shí)的阻巧材料屬性、層數(shù)和層厚等等，并發(fā)展有很多的分析方 法。例如，W建立不同有限元模型的方法來(lái)解決各種負(fù)載下的被動(dòng)約束阻巧殼的振動(dòng)問(wèn)題， 該種方法能夠適用于較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；利用波傳播方法解決流固禪合下的被動(dòng)約束阻巧殼的 功率流問(wèn)題；傳遞函數(shù)法被用來(lái)解決多組約束阻巧結(jié)構(gòu)層合的圓柱殼振動(dòng)分析；此外，傳 遞矩陣法被應(yīng)用在部分敷設(shè)約束阻巧結(jié)構(gòu)的振動(dòng)問(wèn)題。但W上方法均難W適用于各種邊界 條件例如經(jīng)典邊界條件和一般彈性邊界條件，并且由于使用了薄殼理論對(duì)于較厚的阻巧層 不能得到足夠高的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供用W解決被動(dòng)約束阻巧結(jié)構(gòu)在經(jīng)典邊界條件和一般彈性 邊界條件下的自由、強(qiáng)迫振動(dòng)及其阻巧特性問(wèn)題的一種被動(dòng)約束阻巧旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分 析方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是該樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明一種被動(dòng)約束阻巧旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析方法，其特征是：
[0007] (1)提取被動(dòng)約束阻巧旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)邊界條件信息，邊界條件信息轉(zhuǎn)化為假設(shè)的邊 界彈黃剛度值信息；
[000引目P;邊界條件信息由假設(shè)的兩種彈黃表示，分別為用W模擬被動(dòng)約束阻巧旋轉(zhuǎn)體 結(jié)構(gòu)邊界的軸向、周向W及徑向的力的線彈黃（ku，kv，kw) W及用W模擬邊界關(guān)于軸向的 彎矩的扭轉(zhuǎn)彈黃化X)，該兩種彈黃一致均勻地分布于被動(dòng)約束阻巧結(jié)構(gòu)的邊界用來(lái)替代任 意的邊界條件，邊界彈黃的剛度值表示為ku= l(r，ky= 10 e，k，= 10 y，K，= 10 \根據(jù)獲取 的實(shí)際邊界信息設(shè)定該四個(gè)彈黃的剛度值即可獲得相應(yīng)的邊界條件，并有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系：
[0009]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析方法，其特征是： (1) 提取被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)邊界條件信息，邊界條件信息轉(zhuǎn)化為假設(shè)的邊界彈 簧剛度值信息； 即：邊界條件信息由假設(shè)的兩種彈簧表示，分別為用以模擬被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu) 邊界的軸向、周向以及徑向的力的線彈簧（ku，kv，kw)以及用以模擬邊界關(guān)于軸向的彎矩 的扭轉(zhuǎn)彈簧（Kx)，這兩種彈簧一致均勻地分布于被動(dòng)約束阻尼結(jié)構(gòu)的邊界用來(lái)替代任意的 邊界條件，邊界彈簧的剛度值表示為k u= 10 a，kv= 10 e，kw= 10 'Kw= 10 λ，根據(jù)獲取的實(shí) 際邊界信息設(shè)定這四個(gè)彈簧的剛度值即可獲得相應(yīng)的邊界條件，并有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系：
(2) 在被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)上設(shè)立正交曲線坐標(biāo)系（α，β，ζ)，其中a和β分別 沿著兩條正交曲線變化，ζ沿著厚度方向變化，R c^PR e為a和β方向上的曲率半徑，A 和B為曲線坐標(biāo)系中的拉梅系數(shù)； (3) 被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由軟結(jié)構(gòu)和硬結(jié)構(gòu)兩部分構(gòu)成，軟結(jié)構(gòu)即為中間阻尼層 而硬結(jié)構(gòu)為內(nèi)外的基層和約束層，利用層間的連續(xù)性條件將這兩部分以位移形式連接； (4) 設(shè)置被動(dòng)約束阻尼結(jié)構(gòu)基層和約束層的軸向位移、周向位移、有關(guān)軸向和周向的 轉(zhuǎn)角位移以及整體橫向位移共計(jì)九個(gè)位移：基層的位移為約束層的位移為 M03，V。3，供K .整體橫向位移為w ; (5) 根據(jù)一階剪切變形理論分別確定軟結(jié)構(gòu)和硬結(jié)構(gòu)中各層中面應(yīng)變和曲率與位移的 關(guān)系； (6) 確定被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的總能量：被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的能量總共包 括三部分：旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的動(dòng)能、旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的勢(shì)能以及邊界條件所儲(chǔ)存的勢(shì)能U_，對(duì)于被 動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，其拉格朗日能量函數(shù)L建立為
其中Ui是各層 的勢(shì)能，！\是各層的動(dòng)能； (7) 根據(jù)瑞利-里茲原理建立求解器進(jìn)行求解，輸出結(jié)構(gòu)的固有頻率和損耗因子： 將九個(gè)位移函數(shù)帶入到拉格朗日能量函數(shù)后對(duì)其應(yīng)用瑞利-里茲方法即1：=()，得到線 性方程組，進(jìn)一步寫(xiě)成矩陣表達(dá)式：(Κ#-ω2Μ)Ε = 0,此即為結(jié)構(gòu)的特征方程，求解此特征方 程得到結(jié)構(gòu)各階固有頻率
及其模態(tài)，礦代表結(jié)構(gòu)的復(fù)剛度 矩陣，M代表結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣，ω為結(jié)構(gòu)的圓頻率，E代表未知系數(shù)組成的列向量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析方法，其特征是： 步驟（3)中利用層間的連續(xù)性條件將這兩部分以位移形式連接，具體連接形式如下：
其中，hl，h2, h3分別為基層、阻尼層和約束層的厚度，<，<，€，#為阻尼層的位移。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析方法，其特征是： 步驟（4)中各層的位移函數(shù)設(shè)置如下：
κ=υ /=1 n=\j j 其中
M和N為函數(shù)的截?cái)嗉?jí)數(shù)，且A、 B、E、F為系數(shù)向量，用來(lái)表示位移中各項(xiàng)的未知系數(shù)，補(bǔ)充函數(shù)G (?)具體形式設(shè)置為：
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析方 法，其特征是：步驟（6)中邊界條件所儲(chǔ)存的勢(shì)能Uspr以彈簧的形式表示為
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析方法，提取被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)邊界條件信息，被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由軟結(jié)構(gòu)和硬結(jié)構(gòu)兩部分構(gòu)成，軟結(jié)構(gòu)即為中間阻尼層而硬結(jié)構(gòu)為內(nèi)外的基層和約束層，利用層間的連續(xù)性條件將這兩部分以位移形式連接，根據(jù)一階剪切變形理論分別確定軟結(jié)構(gòu)和硬結(jié)構(gòu)中各層中面應(yīng)變和曲率與位移的關(guān)系，確定被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的總能量，根據(jù)瑞利-里茲原理建立求解器進(jìn)行求解，輸出結(jié)構(gòu)的固有頻率和損耗因子。本發(fā)明的方法可以用于解決各種復(fù)雜邊界條件包含各種經(jīng)典邊界、一般彈性邊界和非一致約束的邊界條件下的被動(dòng)約束阻尼旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)及其阻尼分析問(wèn)題。
【IPC分類】G06F19-00, G06F17-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104537205
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410653164
【發(fā)明人】靳國(guó)永, 楊傳猛, 劉志剛, 張春雨, 王雪仁, 繆旭弘
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年11月17日