[发明专利]双材料自由阻尼层结构多尺度设计方法

摘要

本发明涉及一种双材料自由阻尼层结构多尺度设计方法，其特征在于，阻尼层由周期性材料组成，材料的单胞由两相阻尼材料构成，一相用于保证结构刚度的高刚度相材料，一相用于提高结构阻尼的高阻尼相材料。其实现包括以下步骤：建立表面涂覆阻尼层的自由阻尼层结构多尺度设计有限元模型；对模型进行微观和宏观尺度上有限元分析；分别对微观和宏观结构设计变量进行灵敏度分析；采用移动渐近线算法更新设计变量；使用更新后的设计变量计算结构的性能，若满足设计要求，停止迭代输出计算结果，反之，重复上述步骤直至满足设计要求。通过本发明能够得到在宏微观两个尺度上均是最优的自由阻尼层结构，有效提高结构的刚度和阻尼特性，减小结构的振动。

主权项

1.一种双材料自由阻尼层结构多尺度设计方法，其特征在于，在双材料自由阻尼层结构中，宏观尺度上，阻尼层由周期性材料组成；微观尺度上，周期性材料的单胞由两相阻尼材料构成，一相用于保证结构刚度的高刚度相材料，一相用于提高结构阻尼的高阻尼相材料，通过两相性能相反材料的竞争机制实现结构刚度和阻尼性能的最优设计，其设计过程包括以下步骤：步骤1、建立表面涂覆阻尼层结构的金属薄板结构多尺度优化设计的有限元模型，其中，阻尼层结构由两相材料组成，其中一相材料为高刚度低阻尼材料，另一相材料为低刚度高阻尼材料；步骤2、对有限元模型进行微观尺度上有限元分析：使用均匀化方法计算微结构单胞的等效复弹性矩阵DH：式中，|V|是微结构单胞的体积，Vi是微结构单胞上第i个单元的体积，b是微结构单胞的单元应变矩阵，p是惩罚因子，D1和D2分别为低阻尼高刚度材料和高刚度低阻尼材料的弹性矩阵，ui为单胞的单元位移矩阵，I为单位矩阵，xi为微观结构设计变量，m为微观结构设计变量xi的总数目；步骤3、对有限元模型进行宏观尺度上有限元分析：使用等效复弹性矩阵DH计算宏观单元的刚度矩阵，并组装得到全局刚度矩阵Kv，随后组装质量矩阵，对结构进行模态分析，并用模态应变能法计算结构的模态损耗因子，其中：式中，为宏观结构的第j个单元的刚度矩阵，Ω为宏观结构的设计域，B为对应的单元应变矩阵，y_j为宏观结构设计变量，n为宏观结构设计变量y_j的总数目；步骤4、灵敏度分析：分别对微观结构设计变量xi及宏观结构设计变量yj进行灵敏度分析；步骤5、更新设计变量：采用移动渐近线算法更新微观结构设计变量xi及宏观结构设计变量yj；步骤6、使用更新后的设计变量运用模态应变能法计算结构的模态损耗因子，并计算约束条件，若满足设计要求，停止迭代输出计算结果，反之，重复步骤2至步骤5直至满足设计要求，从而得到性能最优的阻尼层结构。