粘弹性约束层阻尼圆柱壳的振动特性研究

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圆柱壳结构是被广泛应用于航空、航天、造船、土建和机械等工业领域的基本结构单元。随着工业的迅速发展,单一材料制成的圆柱壳由于性能单一、可控性差,已经不能满足复杂环境下人们对其静、动特性的需求。人们将两种或两种以上的材料利用物理、化学方法组合到一起,构成复合材料结构。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料。不同材料的圆柱壳组合到一起,构成复合层圆柱壳结构。其具有重量轻、强度高以及可设计性好等优点,因而越来越广泛地被使用于现代工程结构中。  对于复合层圆柱壳结构的研究,一个重要方向就是结构的振动与控制问题。本文针对由弹性、粘弹性材料构成的约束层阻尼圆柱壳的振动特性进行研究。给出了粘弹性约束层阻尼圆柱壳振动特性的精确解法、数值仿真解法以及实验分析方法。  本文的主要研究内容大致可以归为以下几个方面:  (1)根据弹性力学理论基本理论,利用传递矩阵法求解出不同边界条件下的弹性圆柱壳的固有频率;考虑粘性层剪切耗能的影响,导出约束层阻尼圆柱层合壳的整合一阶常微分矩阵方程;利用状态向量法和传递矩阵法,给出不同边界条件下约束层阻尼圆柱壳固有频率和损耗因子的精确解方法;  (2)应用有限元软件ANSYS对粘弹性约束层阻尼圆柱壳进行数值仿真。包括:单元类型的选取、材料参数的输入、固有频率、损耗因子、模态振型的求解方法。  (3)介绍了实验模态的理论基础和实验模态分析的基本过程。对约束层阻尼圆柱壳,进行实验分析。得到了自由边界条件下约束层阻尼圆柱壳固有频率、阻尼比、模态振型。  (4)对约束层阻尼圆柱壳进行结构优化分析。比较了局部约束层阻尼圆柱壳的覆盖位置、粘弹性层厚度以及覆盖比例对结构振动特性的影响。
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