薄壁结构阻尼涂层涂敷位置的确定方法

技术领域

本发明属于机械动力学技术领域，特别涉及一种薄壁结构阻尼涂层涂敷位置的确定方法。

背景技术

薄壁结构在工程中应用广泛，但常常产生振动问题，因此需要有效的减振手段对振动进行抑制。目前最常见的薄壁结构减振方法是在结构表面附加阻尼涂层，例如粘弹性材料阻尼层和硬涂层。实际应用过程中，如果让阻尼涂层完全覆盖结构表面，会使结构质量明显增加，且带来的减振效果并不一定明显。所以一般采用局部涂敷的方法。而在给定涂层质量约束的情况下，为了使阻尼效果达到最好，需要找到合适的阻尼涂层涂敷位置。

但目前针对阻尼涂层涂敷位置的确定方法全都基于有限元方法进行，计算效率较低。

发明内容

本发明致力于克服已有技术的不足之处，基于能量法开发了一种针对薄壁结构的阻尼涂层涂敷位置确定方法。该方法计算效率较高，程序实现方便。该方法包含以下步骤：

步骤1：基于所述薄壁结构建立坐标系；

步骤2：将所述薄壁结构的表面划分为N

步骤3：在所述网格上依次涂敷阻尼涂层，得到涂敷了阻尼涂层的薄壁结构，将其视为一整体结构；

步骤4：对涂敷了阻尼涂层的薄壁结构进行动力学分析，获取所述薄壁结构以及每个网格的动力学参数；

步骤5：对所述动力学参数进行处理，利用处理结果对所述网格进行筛选，筛选后，保留的剩余网格定义为选定网格；

步骤6：将所述选定网格的位置确定为所述阻尼涂层的涂敷位置。

优选地，根据本发明所述方法，所述薄壁结构的厚度至少小于该结构其他方向尺寸的0.05倍。

优选地，根据本发明所述方法，所述薄壁结构的边界条件通过在其边界处施加虚拟弹簧来进行模拟。

优选地，根据本发明所述方法，所述阻尼涂层包括粘弹性材料自由阻尼层、粘弹性材料约束阻尼层和硬涂层。

优选地，根据本发明所述方法，步骤1中所述坐标系为直角坐标系、柱坐标系或球坐标系。

优选地，根据本发明所述方法，步骤4中所述动力学分析采用能量法，通过计算步骤3中所述整体结构的动能和势能，应用变分法得到所述薄壁结构以及每个网格的动力学参数。

优选地，根据本发明所述方法，所述整体结构的动能包括所述薄壁结构的动能和所述阻尼涂层的动能；所述整体结构的势能包括所述薄壁结构的弹性变形能、所述阻尼涂层的弹性变形能和所述虚拟弹簧的弹性势能。

优选地，根据本发明所述方法，步骤4中所述动力学参数包括：所述薄壁结构的质量和刚度矩阵、每个网格的质量和刚度矩阵以及所述虚拟弹簧的刚度矩阵。

优选地，根据本发明所述方法，步骤5中所述确定选定网格的方法进一步包括如下步骤：

(1)设定每次迭代过程中的网格删除比例RR以及最终剩余网格数占总网格数的约束比例β；

(2)对整体结构进行动力学特性计算，得到其各阶模态振型Φ

(3)计算每个现存网格的阻尼效率参数

(4)对现存网格的阻尼效率参数进行排序，删除阻尼效率参数较低的前RR×N

(5)计算现存网格数，判断现存网格数是否小于等于β×N

(6)结束计算，得到选定网格。

优选地，根据本发明所述方法，步骤(3)中所述的每个现存网格的阻尼效率参数

其中，ρ

其中，R为正常数，根据实际情况选取，Δ(i,e)代表第i个网格和第e个网格之间的距离；

公式(1)中，

其中，σ∈[0,1]为常数，根据实际情况选取，Exp[*]代表以自然对数e为底的指数函数，α

其中，K

当阻尼涂层为自由阻尼层或硬涂层时，公式(4)中的

附图说明

图1为本发明所述方法的流程图；

图2为本发明所述方法中步骤5的流程图；

图3为本发明一个实施例的结构图；

图4为图3所述实施例的外表面网格划分示意图；

图5为图3所述实施例的边界虚拟弹簧示意图；

图6为针对图3所述实施例利用本方法确定的涂敷位置网格示意图；

在图3和图5中，a—鼓筒，b—粘弹性材料层，c—约束层，d—约束阻尼层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

下面结合附图及实施例进一步详细介绍本发明的技术方案，对本发明所述方法进行进一步解释。

如图1和图2所示，本发明基于能量法开发了一种针对薄壁结构的阻尼涂层涂敷位置确定方法。针对图3所示涂敷阻尼涂层的薄壁鼓筒结构，本发明实施例提供一种确定阻尼涂层涂敷位置的方法，该方法包含以下步骤：

步骤1：在鼓筒a上建立坐标系Oxθz；

步骤2：将所述鼓筒a的外表面划分为N

步骤3：在所述网格上依次涂敷阻尼涂层，从而得到涂敷了阻尼涂层的鼓筒结构，将其视为一整体结构；

步骤4：对涂敷了阻尼涂层的鼓筒a进行动力学分析，获取所述鼓筒a以及每个网格的动力学参数；

步骤5：对所述动力学参数进行处理，利用处理结果对网格进行筛选，筛选结束的剩余网格定义为选定网格；

步骤6：将所述选定网格的位置确定为所述阻尼涂层的涂敷位置。

本实施例中，所述鼓筒a的厚度至少小于其长度和半径的0.05倍。

本实施例中，所述鼓筒a的边界条件通过在其边界处施加虚拟弹簧来进行模拟，如图5所示，所述虚拟弹簧分为四组，其刚度分别为k

本实施例中，所述阻尼涂层为粘弹性材料约束阻尼层d，所述粘弹性材料约束阻尼层d包含阻尼层a和约束层b。

本实施例中，步骤1中所述坐标系为柱坐标系。

本实施例中，步骤4中所述动力学分析采用能量法，通过计算所述整体结构的动能和势能，结合变分法得到所述鼓筒a以及每个网格的动力学参数。

本实施例中，所述整体结构的动能包括所述鼓筒a的动能和所述约束阻尼层d的动能；所述整体结构的势能包括所述鼓筒a的弹性变形能、所述约束阻尼层d的弹性变形能和所述虚拟弹簧的弹性势能。

本实施例中，步骤4中所述动力学参数包括：所述鼓筒a的质量和刚度矩阵，每个网格的质量和刚度矩阵，所述虚拟弹簧的刚度矩阵。

本实施例中，步骤5中所述确定选定网格的方法进一步包括如下步骤：

(1)设定每次迭代过程中的网格删除比例RR＝1％，最终剩余网格数占总网格数的约束比例β＝50％；

(2)对整体结构进行动力学特性计算，得到其各阶模态振型Φ

(3)计算每个现存网格的阻尼效率参数

(4)对现存网格的阻尼效率参数进行排序，删除阻尼效率参数较低的前RR×N

(5)计算现存网格数，判断现存网格数是否小于等于β×N

(6)结束计算，得到选定网格，此时鼓筒外表面网格展开图如图6所示，其中黑色网格为所述选定网格，白色网格为已删除的网格。

本实施例中，步骤(3)中所述的每个现存网格的阻尼效率参数

其中，ρ

其中，R为正常数，根据实际情况选取，Δ(i,e)代表第i个网格和第e个网格之间的距离；

公式(1)中，

其中，σ∈[0,1]为常数，根据实际情况选取，Exp[*]代表以自然对数e为底的指数函数，α

其中，K

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。