【摘要】：板結(jié)構(gòu)具有輕便的結(jié)構(gòu)特性和優(yōu)良的傳熱性能,應(yīng)用范圍遍及工業(yè)制造領(lǐng)域的各行各業(yè),同時(shí),由于其剛度低和阻尼小引發(fā)的振動噪聲問題同樣不容忽視。隨著抑振降噪措施不斷發(fā)展,表面阻尼處理成為主流方法之一。本文研究的主要內(nèi)容便是復(fù)合板結(jié)構(gòu)的自由阻尼層參數(shù)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)模態(tài)特性和聲輻射特性的影響。本文以矩形復(fù)合板為研究對象,采用復(fù)常模量模型描述自由阻尼層的粘彈性材料本構(gòu)關(guān)系,建立基于MATLAB的有限元分析模型,根據(jù)模態(tài)應(yīng)變能法計(jì)算板的模態(tài)損耗因子,根據(jù)Rayleigh積分計(jì)算板的輻射聲功率,并與商用有限元軟件COMSOL和Virtual.Lab的計(jì)算結(jié)果對比,驗(yàn)證模型的正確性并展開研究。在阻尼層參數(shù)研究方面,分析粘彈性材料的厚度、材料損耗因子等參數(shù)對復(fù)合板結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率、模態(tài)損耗因子、聲輻射功率的影響規(guī)律,為復(fù)合板粘彈性材料參數(shù)的設(shè)計(jì)開發(fā)提供參考。在阻尼層拓?fù)鋬?yōu)化方面,選擇基于GSRBF插值的參數(shù)化水平集方法對自由阻尼層的粘彈性材料分布進(jìn)行形狀與拓?fù)鋬?yōu)化。相比其他拓?fù)鋬?yōu)化方法,該方法不依賴網(wǎng)格密度,能獲得光滑邊界;相比傳統(tǒng)水平集方法,該方法計(jì)算簡單,對初始設(shè)計(jì)依賴少。本文首先建立以模態(tài)損耗因子為目標(biāo)的優(yōu)化模型,引入拉格朗日乘子將體積分?jǐn)?shù)約束作為擴(kuò)展項(xiàng)添加到目標(biāo)函數(shù)中,運(yùn)用變分法分析目標(biāo)函數(shù)靈敏度,推導(dǎo)水平集函數(shù)的演化速度場,并輔以一種簡單的近似重新初始化方法解決數(shù)值不穩(wěn)定的問題。最后用算例驗(yàn)證計(jì)算模型的正確性。然后提出一種以板表面復(fù)振速幅值之和代替聲功率作為直接目標(biāo)的簡化的“聲功率”優(yōu)化方法,并同樣推導(dǎo)演化速度場和求解迭代方程,通過算例驗(yàn)證簡化模型正確有效。本文的工作旨在探討阻尼層參數(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對復(fù)合板結(jié)構(gòu)模態(tài)特性和聲輻射特性的影響,建立適用于粘彈性阻尼材料振-聲性能開發(fā)的參數(shù)化水平集優(yōu)化模型,為汽車車身粘彈性材料面積及厚度的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)開發(fā)需求提供方法參考和依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB535
【圖文】：

(a)尺寸優(yōu)化 (b)形狀優(yōu)化 (c)拓?fù)鋬?yōu)化圖 1-1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的幾種形式研究與應(yīng)用較多的拓?fù)鋬?yōu)化方法主要有均勻化方法、變密度法法（ESO）、獨(dú)立連續(xù)映射（ICM）法以及水平集方法等[20]。均勻化方法化方法的主要思想是通過添加一些微結(jié)構(gòu)到優(yōu)化對象的結(jié)構(gòu)中尺寸參數(shù)，達(dá)到對整體結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫问竭M(jìn)行優(yōu)化的目的。在 Kikuchi 首先提出一種采用均勻化方法的拓?fù)鋬?yōu)化方法，在材料中引入周期性分布的小孔，考慮結(jié)構(gòu)承載能力和給定要求優(yōu)化[21]。隨后 Suzuki、Kikuchi 等人對上述均勻化方法作出改結(jié)構(gòu)的形狀和拓?fù)鋬?yōu)化問題[22]。Sigmund 在二維情況下對桁架料采用均勻化方法進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化[23]。在國內(nèi)，王曉明等研究了勻化方法拓?fù)鋬?yōu)化[24]。王書亭等討論了應(yīng)用優(yōu)化準(zhǔn)則法的復(fù)合

2 阻尼層參數(shù)對復(fù)合板結(jié)構(gòu)模態(tài)和聲輻射的影響研究對于板結(jié)構(gòu)上敷設(shè)的自由阻尼層，其厚度和材料損耗因子等參數(shù)與結(jié)構(gòu)振射特性密切相關(guān)。本章將通過 MATLAB 對矩形復(fù)合板結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)建結(jié)構(gòu)模態(tài)特性和聲輻射特性，并以有限元軟件驗(yàn)證計(jì)算程序的正確性，進(jìn)尼層參數(shù)的改變對復(fù)合板結(jié)構(gòu)振動和噪聲輻射的影響規(guī)律，為應(yīng)用于汽車彈性阻尼材料厚度和材料參數(shù)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)開發(fā)提供參考。 自由阻尼復(fù)合板結(jié)構(gòu)的有限元建模本文研究的對象如圖 2-1 所示，在矩形金屬薄板上敷設(shè)一層粘彈性材料形合板，金屬薄板常被稱為基板，粘彈性材料常被稱為自由阻尼層或粘彈

【參考文獻(xiàn)】

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1 王睿;張曉鵬;吳良武;亢戰(zhàn);;考慮瞬態(tài)響應(yīng)的薄板結(jié)構(gòu)阻尼材料層拓?fù)鋬?yōu)化[J];工程力學(xué);2015年06期

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本文編號：2728456