机敏约束层阻尼薄板有限元建模及振动主动控制

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1、机敏约束层阻尼薄板有限元建模及振动主动控制重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：鲁俊指导教师：王攀副教授学位类别：工程硕士（车辆工程领域）重庆大学汽车工程学院二〇一五年五月FiniteelementmodelingandactivevibrationcontrolofsmartconstrainedlayerdampingthinplateAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeBy

2、LuJunSupervisedbyAssociateProf.WangPanSpecialty:ME(VehicleEngineeringField)CollegeofAutomotiveEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2015中文摘要摘要汽车车身轻量化的发展使得车身壁板变薄，导致车身刚度变低、模态密集，加大了汽车车身结构的低频振动和车内噪声。传统NVH控制手段受到被动阻尼技术与主动阻尼技术缺点的限制而达不到理想的减振效果。机敏约束层阻尼(SmartConstraine

3、dLayerDamping，SCLD)技术结合了约束阻尼技术与主动控制技术的双重优势，可以在很宽的频率范围内保持较高的阻尼特性，特别是在低频的良好控制效果，为汽车低频振动和噪声的主动控制提供了新的思路和解决方案。薄壁板件是车身的重要组成部分。本文以车身薄壁结构物理简化模型—对边固支板结构为研究对象，对SCLD板结构进行了振动主动控制研究。首先，采用有限元法根据SCLD结构各层间的耦合运动及位移协调关系，考虑了粘弹性材料随温度与频率变化的阻尼特性，结合GHM(Golla，Hughes，McTavish)阻尼模型建立了SCLD耦合系统动力学分

4、析模型，并通过算例与模态实验验证了模型的正确性。其次，针对结构动力学模型自由度庞大问题，基于模态分析理论给出了一种组合降阶方法：先在物理坐标下进行自由度动力缩聚，然后在状态方程中利用模态正交性截取少数主要模态以构成降阶模型，并通过复模态空间向实模态空间映射，得到了低维实模态控制模型。最后，考虑到模态坐标在工程实际中无法由物理传感器直接测量，基于分离定理对低阶控制模型进行了模态状态观测器设计，采用非耦合模态控制法与最优二次型控制相结合进行了振动主动控制器设计，并开展了主动控制实验研究。研究结果表明：有限元建模中考虑基层阻尼后的分析结果明显好

5、于不考虑基层阻尼的分析结果，与实验更接近；在总动力学方程中引入GHM模型，可以用相对较少的耗散自由度得到较准确的有限元动力学模型，减少了计算工作量；采用物理坐标与复模态空间下的组合降阶方法可以有效地对SCLD结构进行降阶，降阶得到的控制模型可直接应用于模态振动控制器的设计开发；状态观测器与模态控制器相结合，可以较好地解决模态控制全状态反馈困难问题。在不同外扰激励下进行了硬件在环实验验证。其中在单频谐波信号激励下，振动控制后响应幅值降低了近60%；在复杂周期信号激励下振动响应幅值能降低近50%；白噪声激励下振动响应均方根值能降低9.48%，

6、控制效果十分明显。关键词：振动主动控制，机敏约束层阻尼，组合降阶，模态控制模型，状态观测器V英文摘要ABSTRACTThedevelopmentoflightweightautomobilebodymakesbodypanelthinner,resultinthebodystiffnessbecominglower,modalconcentrationbecominghigher,whichincreasesthelowfrequencyvibrationofautomobilebodystructureandvehicleinterio

7、rnoise.ThetraditionalNVHcontrolmethodslimitedtotheshortcomingsofpassivedampingtechnologyandactivecontroltechnology,cannotreachtheidealdampingeffect.Smartconstrainedlayerdamping(SCLD)vibrationcontroltechnology,combinationoftheadvantagesofbothpassiveandactivecontroltechnolo

8、gy,canmaintainhighdampingcharacteristicinawidefrequencyrange,especiallyexcellentcontroleffectint