一种基板约束阻尼板复合结构动力学等效方法与流程

1.本发明涉及阻尼减振技术，涉及一种基板约束阻尼板复合结构动力学等效方法，特别属于在基材板上敷设约束阻尼板的复合结构动力学计算中的等效方法。


背景技术：

2.阻尼技术是工程实际中最常用的减振降噪技术之一，主要分为自由阻尼和约束阻尼两类，其中约束阻尼相对自由阻尼具有更好的减振效果。工程设计中，设备基座、板架等结构的板材上敷设约束阻尼层，可提高结构的阻尼特性，增加对振动能量的消耗。目前，在工程结构中敷设约束阻尼后的减振降噪效果计算中，通常仅建立实际结构的仿真模型，对于敷设阻尼的区域，通过将其损耗因子修正为基板-阻尼板复合结构等效损耗因子的方法，模拟结构敷设阻尼后的损耗因子特性。
3.约束阻尼板由阻尼层和约束层组成，约束层具有一定的弯曲刚度及重量，以增加基板-约束阻尼板复合板结构弯曲变形时约束层的剪切变形，提高消耗能量的能力。为了提高阻尼减振效果，约束阻尼板厚度一般为基板厚度的1.5～2倍，因此仅考虑约束阻尼板的阻尼特性，而忽略其对基板的附加刚度、质量效应，将引起结构振动响应量级的误差。理论上讲，在对敷设约束阻尼板的结构进行建模分析时，可分别建立原结构、阻尼层、约束层的模型，并分别相应的材料属性，再进行动力学计算分析。
4.上述方法虽然可保证高的计算精度，但是增加了计算工作量，效率较低，尤其对于船舶船体结构等大型复杂结构，采用有限元法对原结构、阻尼层及约束层分别建模，其计算量巨大。为了保证一定计算精度及高的计算效率，需要对基板-约束阻尼复合板结构进行动力学等效处理。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种基板约束阻尼板复合结构动力学等效方法，它能够较准确地模拟复合结构的刚度、质量等特性，且具有建模简单的特点。
6.为解决上述技术问题，本发明的一种基板约束阻尼板复合结构动力学等效方法，其包括以下步骤：
7.步骤一：明确基板-约束阻尼板复合结构的几何及材料参数；
8.步骤二：根据刚度等效原则，确定复合板结构的等效弹性模量；
9.步骤三：根据质量等效原则，确定复合板结构的等效密度；
10.步骤四：进行等效板动力学特性校核。
11.进一步，步骤一：明确基板-约束阻尼板复合结构的几何参数、材料参数：确定基板的厚度及材料杨氏弹性模量、密度、泊松比，阻尼层厚度及材料弹性模量、密度，约束层的厚度及材料杨氏弹性模量、密度、泊松比；
12.进一步，步骤二：进行基板-约束阻尼板复合结构的刚度等效：假设约束阻尼板为基板的附加结构，其弯曲中性面为基板的中性面，且阻尼层的弯曲刚度相对基板、约束层很
小，根据复合结构板的弯曲刚度与等效板的弯曲刚度相等原则，保持等效板的厚度与基板厚度一致，得到等效板的弹性模量参数ee，可近似表示为：
[0013][0014]
式中，e1、e2分别为基板、约束层板的材料杨氏弹性模量，h1、h2分别为基板、约束层板的厚度，h为基板与约束层板的中性面距离。
[0015]
进一步，步骤三：进行基板-约束阻尼板复合结构的质量等效：根据复合结构板的单位面积质量与等效板的单位面积质量相等原则，保持等效板的厚度与基板厚度一致，得到等效板的密度参数ρe，可近似表示为：
[0016][0017]
式中，ρ1、ρ2、ρ3分别为基板、约束层板、阻尼层的材料密度，h3为阻尼层的厚度。
[0018]
进一步，步骤四：进行等效板动力学特性校核：分别建立基板-约束阻尼板及其等效板的有限元模型，开展低频振动模态分析及振动传递特性分析，验证其有效性。
[0019]
本发明采用的方法，其优点和有益效果是：基板-约束阻尼板等效后，其建模分析更加方便；相对传统的仅考虑阻尼等效处理，用于动力学分析更加准确。
附图说明
[0020]
以下将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0021]
图1是一种基板约束阻尼板复合结构动力学等效方法流程图。
[0022]
图2是本发明实施例的基板-约束阻尼板复合结构图。
[0023]
图3是本发明实施例的基板-约束阻尼板有限元模型及等效板有限元模型图。
[0024]
图4是本发明实施例的基板-约束阻尼板复合结构及其等效板的振动模态图。
具体实施方式
[0025]
图1是本发明的一种基板约束阻尼板复合结构动力学等效方法流程图。具体实施例中，基板-约束阻尼板复合结构如图2中所示，某船体舷侧结构板厚度h1＝6mm，材料为钢，杨氏弹性模量e1＝2.06
×
10
11
pa、密度ρ1＝7850kg/m3。在动力舱内设备激励下，船体结构会发生结构振动及辐射噪声。为了控制结构振动噪声，在船体板上敷设约束阻尼层，其中阻尼层厚度为h3＝6mm、杨氏弹性模量e3＝2.0
×
108pa、密度ρ3＝1400kg/m3、损耗因子为0.8；约束层采用铝材，其厚度为h2＝6mm、杨氏弹性模量e2＝7.2
×
10
10
pa、密度ρ2＝2700kg/m3。在振动噪声计算中，为了对钢板-阻尼层-约束层复合结构进行简化建模，采用了本发明的基板-约束阻尼板复合结构动力学等效方法对其进行了等效简化。
[0026]
步骤一，明确基板-约束阻尼板复合结构几何、材料参数；
[0027]
针对船体钢板-阻尼层-约束层复合结构，确定主要参数如下。
[0028]
几何参数：h1＝6mm、h2＝6mm、h3＝6mm、h＝12mm
[0029]
材料参数：e1＝2.06
×
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pa、e2＝7.2
×
10
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pa、e3＝2.0
×
108pa
[0030]
ρ1＝7850kg/m3、ρ2＝2700kg/m3、ρ3＝1400kg/m3[0031]
步骤二，进行基板-约束阻尼板复合结构的刚度等效
[0032]
将复合结构的厚度等效为h1，将步骤一中参数代入式(1)，计算得到等效弹性模量ee＝5.66
×
10
11
pa。
[0033][0034]
步骤三，进行基板-约束阻尼板复合结构的质量等效
[0035]
将复合结构的厚度等效为h1，将步骤一中参数代入式(2)，计算得到等效密度ρe＝11950kg/m3。
[0036][0037]
步骤四，进行等效板动力学特性校核。
[0038]
考虑到结构振动噪声主要是板件的弯曲振动，选择一个1m
×
0.5m的板格，利用有限元法分别对钢板-阻尼层-约束层复合结构及其等效板结构进行建模，见图3。复合结构建模中，基板和约束层均采用壳单元，阻尼层采用实体单元；等效板模型采用壳单元。两种模型得到的振动固有频率及振型见图4。
[0039]
本说明书具体描述该实施方式，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。