基于变密度方法约束阻尼层动力学性能优化

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1、第42卷第3规2010年6月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics&Astronautics基于变密度方法约束阻尼层动力学性能优化王明旭陈国平(南京航空航天大学飞行器结构力学与控制教育部重点实验室，南京，210016)V01．42No．3Jun．2010摘要：为了提高约束阻尼层结构动力学性能，针对约束阻尼板结构的约束阻尼层布局优化问题，采用变密度拓扑优化方法。以体积为约束函数、模态阻尼比为目标函数，研究了约束阻尼层的模态阻尼比的灵敏度，并对灵敏度的再分配进行滤波；引入MAC矩阵，对优化的模态振型进行跟踪，以保

2、证对固定阶的模态进行优化。结果给出了约束阻尼层动力学性能的变密度拓扑优化设计方法，以及基于变密度方法约束阻尼层结构的最优拓扑构形，并与渐进法优化的结果进行对比。结果证明了该方法用于阻尼结构的优化设计具有很强的可行性，有一定的工程实用性。关键词：拓扑优化；约束阻尼板；粘弹性；动力学特性中图分类号：0328文献标识码：A文章编号：1005—2615(2010)03—0283．05DynamicsPerformanceOptimizationofConstrainedDampingLayerUsingVariableDensityMethodWangMingxu，ChenG

3、uoping(MOEKeyLabofStructureMechanicsandControlforAircraft，NanjingUniversityofAeronautics＆Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Toimprovethedynamicsperformanceoftheconstraineddampinglayer，basedonthequestionoflayoutoptimizationforconstraineddampingstructure。theindependentsensitivityo

4、fthemodaleoeffi—cientforconstraintdampinglayerisstudiedandthereallocationofthesensitivityisfilteredusingthevolumeastheconstraintfunctionandthemodaldampingcoefficientasthetargetfunctionbythemethodofvariabledensitytopology．ByintroducingtheMACmatrix，theoptimizationofthemodalshapeistrackedt

5、Oguaranteeafixed—ordermodaltobeoptimal．Adesignmethodofthevariabledensitytopologyispresentedforconstraintdampinglayerandtheoptimizedshapeoftheconstraintdampinglayer．Re—suitsarecomparedwithresultsproducedbyevolutionarystructuraloptimization(ESO)．Theresultshowsthatthemethodispracticalineng

6、ineeringandhascertainsignificanceontheoptimizationdesignofthedampingstructure．Keywords：topologicaloptimization；constrainedlayerdampingplate；viscoelasticity；dynamicsperfor—manee在工程结构的振动控制中，振动和噪声的控制问题成为工业部门最为关心的问题之一，约束阻尼结构，即在原有结构上增加粘弹性阻尼材料，具有很强的减振降噪功效。约束阻尼层装置已广泛应用于航空航天、航海、交通运输和土木建筑领域。尤其航空

7、航天等领域，结构对重量有严格要求，在满足达到振动目标的前提下，如何对约束阻尼层的布局优化具有重要的意义。传统的阻尼材料通常完全覆盖于待控制的结构表面，对阻尼材料配置优化设计。关于约束阻尼收稿日期：2009—10—13；修订日期：2010—01—12作者简介：王明旭，男，博士研究生，1980年lo月生；陈国平(联系人)，男，教授，博士生导师，E—mail：gpchen@nuaa．edu．ca。284南京航空航天大学学报第42卷结构的研究可以追溯到1959年Kerwin[13应用复弯曲刚度方法对三层夹心梁结构进行分析求解。Singh和Gputa采用等效梁