基于多目标遗传算法的约束阻尼柱壳结构优化

文章为了改进被动约束阻尼柱壳结构的减振特性,解决引入约束阻尼的合理分布问题,提出了一种基于多目标遗传算法的优化设计方法。建立了以振动模态的前两阶损耗因子和引入约束阻尼材料总质量比为优化目标,以约束层、阻尼层厚度和粘弹性材料剪切模量为设计变量的多目标函数。利用遗传算法对 Pareto 最优进行优化选择,避免了对目标函数值的直接计算。通过分析和比较优化前后结构的模态振动频率变化以及幅频响应,表明引入质量太多会影响柱壳结构固有特性,而优化后结构能够避免太多的质量引入,并且具有更好的减振效果。     

典型船舶板架拓扑与形状优化设计

以典型板架结构(船底板架和上层建筑板架)为研究对象,探讨结构拓扑与形状优化设计方法在船舶设计中的应用。对船底板架结构进行形状和尺寸优化(优化目标是指定应力约束条件下结构重量最小),优化后的结构重量减少了15.82%。为改善舱室顶部空间布局,提高舱室顶部板架结构的固有频率,对上层建筑板架进行拓扑优化,寻求材料最优分布,并在对其进行静力分析和模态分析的基础上,以体积百分比为约束条件,以板架固有频率为目标函数,得到拓扑优化后的结构型式,新结构型式使材料分布更加合理,有利于舱室顶部管道和电缆等的铺设。研究表明,在目前的板架结构设计中,可广泛应用结构拓扑与形状优化设计技术。     

基于有限元分析的复合阻尼覆盖层优化设计

为了使铺设在舰艇上的复合阻尼覆盖层同时具有质量轻、阻尼性能好的综合特性,开展了基于有限元分析的优化设计。根据模态应变能量法原理,利用有限元软件Ansys对该阻尼覆盖层进行计算,并以复合阻尼覆盖层的一阶模态损耗因子的倒数为目标函数,在Ansys优化模块下进行优化设计,得出最佳的粘弹性层厚度、垫高层的厚度以及孔隙率。结果表明,通过优化后的复合阻尼覆盖层的质量轻,总厚度小,模态损耗因子增大,拥有更好综合性能。     

薄板减振降噪的拓扑优化设计方法

本文采用结构拓扑优化均匀化法，研究了一对短边固支薄板减振降噪问题。通过对比加肋、粘敷阻尼和改变拓扑等条件下结构固有频率和声辐射特性的变化，指出采用结构拓扑优化方法对解谐和减振降噪阻尼材料配置的高效性。对船舶声学隐身设计具有指导意义。     

约束阻尼层对钢板振动影响的试验与仿真

为研究不同阻尼层对结构振动特性的影响规律，基于模态应变能法和振动试验，研究钢板敷设不同厚度阻尼层和约束层前后的振动特性。对比辐射前后结构的插入损失和阻尼损耗因子，验证仿真模型的振动特性与试验具有良好的一致性。结果表明，阻尼层厚度越大，结构固有频率越低，损耗因子越高。随着阻尼层厚度的增加，自由阻尼板的减振性能变好，约束阻尼板的减振性能提升不太明显，而随着约束层厚度的增加，约束阻尼板的减振性能提升明显。     

阻尼材料减振性能试验研究

介绍基于薄板阻尼复合试样的阻尼损耗因子和减振效果测量方法,开展三型阻尼材料复合试样的试验研究。分析阻尼损耗因子与减振效果测量结果之间的联系,比较不同厚度比条件下试样的减振效果,提出阻尼测量及数据处理的改进措施。     

船舶结构复合阻尼材料减振性能实验研究

研制了一种自粘性复合阻尼减振胶板,在-30~60℃宽温域内,材料的平均损耗因子达到0.35。采用单点激励振动模态实验方法,研究了复合阻尼材料对船舶模型振动模态阻尼比的影响。采用动力设备运行模拟激励实验,研究了复合阻尼材料对船舶模型结构的阻尼减振效果。结果表明,粘贴复合阻尼材料后,船舶模型在500Hz范围内的模态阻尼比增加了6倍,船舶底舱结构的平均减振效果达到5dB,船舶甲板结构的平均减振效果达到6~11dB。实验研究结果对于船舶薄壁结构的阻尼减振设计具有参考价值。     

船舶基座阻尼材料敷设优化及实验研究

[目的]船舶基座结构是船舶减振的重要设备,为提高基座结构的减振效果,在结构表面敷设阻尼材料是常用手段。[方法]以基座结构的加速度振级落差为评价指标,应用各向正交惩罚材料密度法(SIMP),建立自由阻尼材料的拓扑优化数学模型。在优化模型中,其约束条件是确保在阻尼材料总使用量一定的情况下实现阻尼材料在基座结构表面的最优分布。最后,以某型船的主机基座为例,在建立的有限元模型的基础上,开展基座结构阻尼材料拓扑优化的数值计算,并利用基座模型实验的方法对拓扑优化数值计算结果进行实验验证。[结果]经验证,获得了阻尼材料的最优敷设方案。[结论]所得成果对船舶基座结构设计和复合材料的应用具有一定的参考价值。     

基于统计能量分析的船舶舱室阻尼降噪布置优化

[目的]对船舶舱室噪声阻尼控制进行布置优化研究,以提高阻尼减振降噪效果和降低阻尼重量。[方方法]首先,基于SEA理论,对声腔子系统的A计权声压级关于子系统阻尼损耗因子的一阶灵敏度进行理论推导与数值分析。同时,提出阻尼材料的布置数学优化模型并设计优化程序,运用MATLAB对VA One进行二次开发,建立舱室噪声阻尼控制布置优化系统。然后,在此基础上,将阻尼敷设分为5个区域,每个区域的阻尼厚度比为优化变量,以阻尼涂层的总重量为目标函数,以目标舱室的A计权声压级为约束条件,建立实船SEA优化模型并进行布置优化数值研究。[结果]研究结果表明,通过优化程序计算可以得到各区域阻尼敷设的最佳厚度,优化后的阻尼重量可减轻60.4%,有效提高了单位重量阻尼的降噪效果。[结论]该研究成功解决了舱室阻尼降噪的阻尼敷设位置和厚度的选择难题,为阻尼的声学设计提供了可靠的分析方法和指导。     

基于粘弹性阻尼层随机性的自由阻尼层板的振动和阻尼分析

本文基于粘弹性阻尼层的随机性用Monte Carlo直接抽样法对自由阻尼层板的振动和阻尼进行了分析研究。分析中随机变量取正态分布。针对不同的阻尼层厚度分别考察了复弹性模量的实部、虚部、材料的损耗因子的影响。考察了整体性和局部单元性阻尼导厚度的影响。结果表明，粘弹性材料弹性模量的随机性对结构固有频率的影响不大，对模态损耗因子影响较大；不论是整体的还是局部单元的，阻尼层厚度的随机性对模态损耗因子的影响很显著。因此粘弹性阻尼层的随机性对抑制结构共振响应和声辐射的影响是较大的。阻尼层厚度局部单元随机性影响表明了对阻尼结构采用随机分析的必要性。     

基于统计能量模型的辐射声功率灵敏度分析

应用统计能量分析原理,推导了基于统计能量模型的子系统模态能量灵敏度表达式,建立了面板结构辐射声功率与设计参数之间的关系,并运用该参数灵敏度方法分析了结构内部损耗因子和耦合损耗因子对子系统响应的影响,揭示了内部损耗因子对辐射噪声的影响规律。结果表明适当提高源子系统的内部损耗因子,可以降低系统的辐射噪声。研究发现子系统的最佳内部损耗因子在0.5%～2%之间,为低噪声设计提供了研究思路。     

粘弹性阻尼材料减振性能试验评估方法

为在船体结构声学设计阶段或阻尼材料研制阶段预先评估粘弹性阻尼材料的减振效果,基于锤击法,建立平板振动试验模型,引入频响函数幅值平均衰减量参数,对3型粘弹性阻尼材料复合试样分别在不同频段内的减振效果进行对比分析。结果表明：基于损耗因数和频响函数幅值平均衰减量的粘弹性阻尼材料减振效果试验评估方法能迅速在不同频段对阻尼材料的减振性能进行排序;利用频响函数幅值平均衰减量,可对耗能机理较为复杂的约束阻尼减振效果进行评估,为结构设计或研发阻尼材料提供依据。     

某型扫雷舰主机基座阻尼结构优化研究

采用理论计算和试验相结合方法,进行基本钢结构不同阻尼处理形式的减振效果分析,通过基座阻尼结构的优化研究和基座模型阻尼结构的试验研究,选择综合效果好的阻尼结构形式。对其他动力设备基座的阻尼结构优化设计具有较好的借鉴作用。     

敷设阻尼及阻抗失配连接下管母线振动特性分析

随着潜艇设备用电需求的提升,电力电缆的大量使用为艇内空间布置和施工带来了极大的不便。母线槽有其载流量大、重量轻、安装方便等优势特点,若能将母线槽应用于艇内馈电则可解决以上问题。但潜艇有着异于上述工程结构的工作环境,应用设计时需对其振动噪声进行控制。文章结合管型母线槽与管路的结构相似性,从敷设自由阻尼层、增加连接部位界面阻抗失配度的角度对管母线进行了结构动力性能设计;分析了敷设阻尼、粘弹夹层软连接对振动能量的吸收、阻隔效果;完成了某典型软连接形式下的振动响应计算,结果表明该抑振设计工况可使管母线的中跨段加速度总振级降低25 dB;探究了内外侧绝缘阻尼层在不同模量、损耗因子及厚度情况下对管母线振动性能的影响,为母线槽振动噪声控制提供了设计支撑。     

基于PSO-BP神经网络的油船中部结构优化

以舱段质量为目标函数,以相关规范要求的板厚及应力为约束条件,通过灵敏度分析确定设计变量,对油船中部结构优化。构建基于粒子群优化的BP神经网络模型,并代替有限元分析确定应力与设计变量之间关系,从而对舱段进行结构优化。优化后舱段质量降低了4.2%,优化后的有限元分析结果表明满足规范要求,PSOBP神经网络模型在船舶结构优化设计中具有可行性。