[發明專利]一種被動約束阻尼旋轉體結構的振動分析方法

有效

• 申請號: 201410653164.4
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104537205A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 靳國永;楊傳猛;劉志剛;張春雨;王雪仁;繆旭弘
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種被動約束阻尼結構振動方法。

背景技術

被動約束阻尼旋轉體結構由基層、約束層和中間的阻尼層構成，由于阻尼層的剪切變形會導致大量的能量耗散，能夠有效抑制結構的振動和聲輻射，并且這種結構能夠以較輕的質量獲得較好的阻尼效果，因此被動約束阻尼結構已經被廣泛應用于航空、船舶、汽車、管道運輸等領域。

目前，被動約束阻尼層結構研究的內容主要集中于結構參數的優化設計也就是確定使結構損耗因子取最大值時的阻尼材料屬性、層數和層厚等等，并發展有很多的分析方法。例如，以建立不同有限元模型的方法來解決各種負載下的被動約束阻尼殼的振動問題，這種方法能夠適用于較復雜的結構；利用波傳播方法解決流固耦合下的被動約束阻尼殼的功率流問題；傳遞函數法被用來解決多組約束阻尼結構層合的圓柱殼振動分析；此外，傳遞矩陣法被應用在部分敷設約束阻尼結構的振動問題。但以上方法均難以適用于各種邊界條件例如經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于較厚的阻尼層不能得到足夠高的精度。

發明內容

本發明的目的在于提供用以解決被動約束阻尼結構在經典邊界條件和一般彈性邊界條件下的自由、強迫振動及其阻尼特性問題的一種被動約束阻尼旋轉體結構的振動分析方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種被動約束阻尼旋轉體結構的振動分析方法，其特征是：

(1)提取被動約束阻尼旋轉體結構邊界條件信息，邊界條件信息轉化為假設的邊界彈簧剛度值信息；

即：邊界條件信息由假設的兩種彈簧表示，分別為用以模擬被動約束阻尼旋轉體結構邊界的軸向、周向以及徑向的力的線彈簧(ku,kv,kw)以及用以模擬邊界關于軸向的彎矩的扭轉彈簧(Kx)，這兩種彈簧一致均勻地分布于被動約束阻尼結構的邊界用來替代任意的邊界條件，邊界彈簧的剛度值表示為k_u＝10^α,k_v＝10^β,k_w＝10^γ,K_w＝10^λ，根據獲取的實際邊界信息設定這四個彈簧的剛度值即可獲得相應的邊界條件，并有如下對應關系：

(2)在被動約束阻尼旋轉體結構上設立正交曲線坐標系(α,β,z)，其中α和β分別沿著兩條正交曲線變化，z沿著厚度方向變化,R_α和R_β為α和β方向上的曲率半徑,A和B為曲線坐標系中的拉梅系數；

(3)被動約束阻尼旋轉體結構由軟結構和硬結構兩部分構成，軟結構即為中間阻尼層而硬結構為內外的基層和約束層，利用層間的連續性條件將這兩部分以位移形式連接；

(4)設置被動約束阻尼結構基層和約束層的軸向位移、周向位移、有關軸向和周向的轉角位移以及整體橫向位移共計九個位移：基層的位移為約束層的位移為整體橫向位移為w；

(5)根據一階剪切變形理論分別確定軟結構和硬結構中各層中面應變和曲率與位移的關系；

(6)確定被動約束阻尼旋轉體結構的總能量：被動約束阻尼旋轉體結構的能量總共包括三部分：旋轉體結構的動能、旋轉體結構的勢能以及邊界條件所儲存的勢能U_spr，對于被動約束阻尼旋轉體結構，其拉格朗日能量函數L建立為：其中U_i是各層的勢能，T_i是各層的動能；

(7)根據瑞利-里茲原理建立求解器進行求解，輸出結構的固有頻率和損耗因子：

將九個位移函數帶入到拉格朗日能量函數后對其應用瑞利-里茲方法即得到線性方程組，進一步寫成矩陣表達式：(K^*-ω²M)E＝0，此即為結構的特征方程，求解此特征方程得到結構各階固有頻率損耗因子及其模態，K^*代表結構的復剛度矩陣，M代表結構的質量矩陣，ω為結構的圓頻率，E代表未知系數組成的列向量。

本發明還可以包括：

1、步驟(3)中利用層間的連續性條件將這兩部分以位移形式連接，具體連接形式如下：