带气膜阻尼结构振动特性的理论研究

针对航空发动机气膜阻尼的结构设计需求,基于挤压间隙流理论和能量方程建立气膜阻尼的力学模型,由此获得气膜阻尼结构的等效刚度系数和等效阻尼系数,通过振动方程的理论推导获得放大因子的表达式.结果表明:气腔厚度、气腔初始压强、吸振薄板模态频率和安装位置是影响减振效果的关键参数.气腔最优厚度主要由附面层厚度和实际振动频率决定,需结合实际情况确定气腔厚度,以最大程度降低振动响应;气腔初始压强越高,阻尼系数越大;吸振薄板的固有频率应尽可能与叶片本体接近,并且安装在本体振动响应最大位置,以取得最好的减振效果.      

一种新型金属丝网夹层阻尼板的研制

基于金属丝网材料机理设计制作了金属丝网夹层阻尼板,在悬臂和自由悬吊两种支持条件下对夹层板与同厚度单层铝板分别进行了振动衰减实验和稳态振动特性实验,研究了金属丝网夹层阻尼板的阻尼特性和动态特性,并对金属丝网夹层阻尼板的模态频率、模态振型和模态阻尼进行了识别和分析,通过比较夹层板与同厚度单层铝板的阻尼特性,检验了夹层阻尼板的减振效果以及验证了本文设计方法的有效性。     

板类约束阻尼结构的层间厚度参数优化

将梁结构剪切中性轴的概念推广至约束阻尼板结构中,提出了剪切中性面的概念.基于变形能原理,对板类约束阻尼结构的结构损耗因子进行层间厚度参数优化理论分析,并进行试验验证.结果表明,阻尼层较薄时,阻尼层厚度和约束层厚度的优化理论分析结果与试验数据变化趋势一致,表明了理论分析方法的合理性.     

约束阻尼型镗杆的优化及减振性能

孔加工过程中镗杆的切削颤振影响着表面加工质量和加工精度,约束阻尼型镗杆可有效抑制这种切削振动,但其作用机理未被完全研究清楚,导致其抑制振动的效果一般。对约束阻尼型镗杆的结构优化、材料优选及减振性能进行了理论和实验研究。首先,根据Kelvin-Voigt粘弹性力学模型理论建立了镗杆的动力学模型,研究证实增大镗杆的静刚度和结构损耗因子能提高其减振性能从而提高孔加工质量;其次,基于建立的约束阻尼型镗杆静刚度和结构损耗因子理论公式,对其进行结构优化、材料优选。结果显示:存在一个最佳尺寸范围可减小镗杆在主要工作频域段上的振动,同时所选用的阻尼层应具有较小的弹性模量和较大的材料损耗因子,约束层材料应具有较大的弹性模量;最后,设计制造4种不同材料的约束阻尼型镗杆,通过模态实验获得静刚度、结构损耗因子,并与理论计算结果进行对比分析,同时研究切削过程中约束阻尼型镗杆的材料及切削参数对减振性能的影响。结果显示:约束阻尼型镗杆能有效减小径向振动以提高加工质量,不同材料的约束阻尼型镗杆在切削过程中径向振动差别较大,优化后的钢-PMMA-硬质合金镗杆在不同切深及转速下的径向振动加速度较小且更加稳定。     

约束阻尼结构力学性能研究与参数优化

飞行过程中的气流扰动、机械振动使得飞机典型薄壁结构承受宽频振动,产生振动疲劳从而影响飞机结构的寿命和安全性,约束阻尼结构处理是一种经济有效的抑振手段。采用黏弹性阻尼材料和单向玻璃纤维复合材料制备两种约束阻尼结构,研究它们的阻尼和力学性能;利用有限元仿真手段对约束阻尼结构修补飞机典型悬臂梁结构的参数进行设计和分析,考察阻尼层厚度、约束层厚度以及补片尺寸对结构振动响应的影响,得到约束阻尼参数规律,并以参数优化后的约束结构为基础设计振动测试实验。结果表明：约束阻尼处理后的悬臂梁结构能有效地降低结构危险点的应变幅值;三层阻尼结构抑振效果优于双层约束阻尼,能够显著降低结构危险点在承受振动加载时的应力值,提高结构振动疲劳寿命。     

薄壁结构干摩擦阻尼减振设计分析

加装干摩擦阻尼结构是航空发动机薄壁结构有效的减振手段。为提供工程可用高效的减振设计工具,建立了一种薄壁 结构干摩擦阻尼减振设计的分析方法及流程。给定薄壁结构的振动应力,针对不同的减振结构采用恰当的干摩擦接触模型,基于 能量耗散,计算干摩擦减振结构接触面所能提供的等效阻尼比,获得在所关注模态下减振结构所能提供的等效阻尼比随主结构考 核点振动应力变化的阻尼特性曲线。减振设计阶段目标为共振发生时,在结构许用振动应力下,减振结构能提供最优的阻尼比。 对4种常用的干摩擦阻尼结构进行了减振设计分析,结果表明：平板式缘板阻尼器优化质量为1.2 g、涡轮叶片锯齿冠优化预扭角 为0.5°（取许用振动应力50 MPa）时可得最佳阻尼效果;矩形截面阻尼环径向厚度和裂式阻尼套筒轴向长度在设计范围内取值越 大,阻尼效果越好。     

自由阻尼梁高频能量流响应的解析模型

针对自由阻尼梁的高频振动问题,基于波动理论提出了大阻尼复合结构的能量流解析模型。利用等效复刚度方法确定了完全自由阻尼梁结构的等效弯曲刚度和损耗因子,基于能量流分析方法构建了结构的能量密度控制方程,求解了结构的高频能量流响应。分析了弯曲波在阻尼结构耦合处的能量传递特性,构建了局部自由阻尼梁的高频能量流解析模型,预测了大阻尼耦合结构的高频振动特性。数值结果表明,提出的能量流解析解与经典的时空平均波动解一致逼近,因而能够精确地预测自由阻尼梁等大阻尼复合结构的高频能量流响应。     

粘弹阻尼材料和夹层阻尼结构的研制

通过多元本体共聚反应合成了Ｄ－１８树脂，它和环氧树脂共混交联，制成ＺＮ－８阻尼胶，用ＺＮ－８，ＹＺＮ－４，ＹＺＮ－５阻尼胶作夹芯层，铝合金板作约束层，制成的多层阻尼板对侧推控制器进行阻尼处理，使整机在振动冲击条件下工作正常，显示了有效的阻尼减振作用。     

粘弹性阻尼结构的动特性分析

本文研究了粘弹性阻尼结构动力特性的分析方法。根据分数导数模型表示的粘弹性材料本构方程,对一种阻尼材料用拟合法构造了它的力学性能解析表达式。建立了一种八自由度夹层梁有限元模型,从而给出了粘弹性阻尼结构的有限元动力学方程。为分析粘弹性阻尼结构的动力特性,提出了一种非线性特征值问题的迭代解法。应用上述方法对悬臂约束阻尼层梁的复模态参数进行了分析,并进行了实验验证。结果表明,分析与实验的结果一致,说明本文所提出的方法是可靠的且有较好的精度和实用性。     

低控制电压的杂交阻尼

提出一种用多层压电片和约束阻尼层在低控制电压下进行结构振动的杂交阻尼控制方式。基于各种材料的本构关系,导出了多层压电片作用在梁结构上的力和所施加的电压以及结构的运动之间的耦合关系和系统的控制微分方程。讨论了多层压电片附加位置的优化。仿真计算表明,这种杂交阻尼控制方式有着良好的振动抑制效果和较低的控制电压。     

支架的主动约束层阻尼处理

利用主动控制和约束层阻尼处理优势互补,构成既有主动控制高效智能、又有约束层阻尼处理稳定可靠特点的主动约束层阻尼振动控制系统。采用一阶剪切理论,利用有限元方法,研究了航天结构中常用构件支架的振动控制,为改进支架的动态特性提供可靠的理论指导。     

附加约束阻尼层后梁的振动分析

研究附加约束阻尼后梁的振动分析。在引入的位移模式中考虑了附加部分对原结构运动的相对性和阻尼层的横向剪切效应,据此推导了附加阻尼层后梁的运动方程和边界条件。通过对简支状态时梁的固有振动分析,讨论了其振动特点。同时给出了等效复刚度公式,它比原有的公式具有更高的计算精度     

基于滑窗包络线法辨识复合圆柱壳结构的模态阻尼

由于复合圆柱壳阻尼机理的复杂性,目前还没有通用而有效的方法辨识该类结构的模态阻尼,因此提出一种基于滑窗包络线法的模态阻尼测试方法.首先,详细说明了滑窗包络线法测试复合圆柱壳阻尼的原理和总体思路;然后,提出了具体的测试复合圆柱壳结构模态阻尼的流程;最后,以局部涂敷约束层阻尼材料的复合圆柱壳为研究对象,对其阻尼特性进行了测试,并讨论了激励幅度对模态阻尼的影响.测试结果表明,所提出的方法获得的前5阶阻尼结果对应的方差最大不超过0.02%,具有较好的可重复性,从而确保具有较高的测试精度.      

温度对约束阻尼板振动性能影响分析

基于复模量本构关系,推导各向同性约束阻尼板的动力学控制方程,求出了四边简支约束阻尼板的固有频率以及损耗因子的解析解,与利用有限元方法数值计算结果进行了对比验证。根据粘弹性材料特性曲线,插入取样温度点,分析不同温度下约束阻尼结构的减振性能,与数值结果进行了对比验证。结果表明,存在最佳温度,使约束阻尼结构减振效果最好。     

基于传递函数方法的局部覆盖环状CLD圆柱壳动力学分析

 采用传递函数方法对局部覆盖环状约束层阻尼（CLD）圆柱壳进行了动力学分析。基于Donnell薄壳简化,由Hamilton原理导出了局部覆盖CLD圆柱壳的运动方程和边界条件,通过Laplace变换并引入状态向量后,建立了系统的状态空间方程,利用传递函数方法求解方程得到了系统的固有频率、〖JP2〗损耗因子和频响曲线。算例分析结果验证了该方法的有效性和精确性,且更适于处理黏弹性材料具有频变特性的问题。讨论了CLD覆盖率和黏弹层厚度对系统固有频率和损耗因子的影响,为局部覆盖CLD圆柱壳的优化设计奠定了基础。     

具有电磁约束阻尼层梁的振动主动控制研究计算(英文)

This paper investigates vibration control of beam through electro-magnetic constrained layer damping （EMCLD） which consists of electromagnet layer, permanent magnet layer and viscoelastic damping layer. When the coil of the electromagnet is electrified with proper control strategy, the electromagnet can exert magnetic force opposite to the direction of structural deformation so that the structural vibration is attenuated. A mathematical model is developed based on the equivalent current method to calculate the electromagnetic control force produced by EMCLD. The governing equations of the system are obtained using Hamilton＇s Principle and then reduced with the assumed-mode method. A simulation on vibration control of a cantilever beam is conducted under the velocity proportional feedback to demonstrate the energy dissipation capability of EMCLD, and the beam system with the same parameter is experimented. The results of experiment and simulation are compared and the results show that the EMCLD is an effective means for suppressing modal vibration. The results also indicate that the beam system has better control performance for larger control current. The EMCLD method presented in this paper provides an applicable and efficient tool for the vibration control of structures.     

弹性支承黏弹性阻尼-航空发动机薄壁机匣动力学特性分析

面向航空发动机薄壁机匣部件黏弹性约束层阻尼减振分析的工程需求,开展黏弹性阻尼-机匣弹性支承边界模拟和结构动力学分析研究。将机匣进行力学简化为圆柱壳体模型,通过引入一系列人工弹簧,将圆柱壳边界载荷的转化为弹簧的弹性势能,实现了机匣任意边界支撑刚度的有效模拟。结果表明:增大边界刚度可以提高机匣的固有频率,机匣的阻尼特性对支承刚度的敏感性与固有频率相反。此外,在机匣工程设计过程中,可以通过加强支撑结构的环向和法向刚度,获得满意的结构动力学特性。     

Constrained layer damping treatment of a model support sting

In transonic wind tunnel tests, the pulsating airflow is prone to induce the first order resonance of the sting support system. The resonance limits the wind tunnel test envelope, makes the test data inaccurate, and brings potential security risks. In this paper, a model support sting with constrained layer damping (CLD) treatment is proposed to reduce the first order resonance response. The CLD treatment mainly consists of material selection and geometric optimization processes. The damping performance of the optimized CLD sting is compared with an AISI 1045 steel sting with the identical diameter in laboratory. The frequency response curves of the CLD sting support system and the AISI 1045 steel sting support system are obtained by sine sweep tests. The test results show that the first order resonance response of the CLD sting support system is 37.3% of that of the AISI 1045 steel sting support system. The first order damping ratios are calculated from the frequency response curves by half power point method. It is found that the first order damping ratio of the CLD sting support system is approximately 2.6 times that of the AISI 1045 steel sting support system.