[发明专利]基于模态应变能法的约束阻尼鼓筒的减振优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构优化设计方法，特别涉及一种基于模态应变能法的约束阻尼鼓筒的减振优化设计方法。

背景技术

阻尼结构能有效抑制结构的振动与噪声，广泛应用于汽车、航空航天、舰船等行业。在传统的阻尼结构减振设计中，将阻尼材料覆盖于整个结构的表面，有效抑制结构振动和噪声的同时，也增加了结构的附加质量。在传统减振设计中，仅仅通过阻尼材料类型、层数和厚度的优化设计，虽然能够得到很好的减振效果，但会大大增加结构的附加质量，无法以最小的阻尼材料用量，达到最大的振动能量耗散，很难满足结构轻量化的设计要求。

传统的约束阻尼结构优化计算，会进行反复的迭代运算，不断重复的进行模态分析及相关数据的提取计算，大大增加了优化计算的时间。

目前也存在将阻尼材料粘贴于航空发动机鼓筒的内壁，构成约束阻尼鼓筒，以减小阻尼鼓筒的振动的技术，但是该技术仍然存在着阻尼材料布局不科学，阻尼结构优化计算过程复杂的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是提供一种基于模态应变能法的约束阻尼鼓筒的减振优化设计方法，它采用提取阻尼结构模态应变能分布的方法，消除了迭代计算，能直接获得约束阻尼材料的最终分布。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种基于模态应变能法的约束阻尼鼓筒的减振优化设计方法，其具体步骤如下：

1)将约束阻尼材料粘贴于航空发动机鼓筒的内壁，构成约束阻尼鼓筒，建立约束阻尼鼓筒结构的有限元模型，定义边界条件；

2)确定所关注的模态和约束阻尼材料的使用量；

3)对建立的有限元模型进行模态分析，并提取所关注模态的阻尼层的模态应变能；

4)根据约束阻尼材料的使用量和约束阻尼结构的耗能原理，确定约束阻尼材料的布置位置；

5)将约束阻尼材料布局修整为适合于工程应用的环形结构，完成约束阻尼材料的布局优化。

进一步的，所述步骤1)中约束阻尼鼓筒的有限元建模采用循环对称结构的建模方法，即先建立约束阻尼鼓筒的子结构的有限元模型，再扩展为整个约束阻尼鼓筒的有限元模型。

进一步的，所述步骤4)中约束阻尼结构的耗能原理为：

对单位体积的阻尼材料而言，在交变应力或应变力作用下，每次循环所做的功，即在一个振动周期中的能量的损耗或阻尼能用ΔW表示：

ΔW=∫∫vτdγdv=πτ0γ0α=πγ02G′]]>

最大弹性能即一个振动周期之内总应变能W为：

W=12τ0γ0cosα=12γ02G′]]>

因此，耗散能与储存能之比为：