宽带动力吸振器优化设计

宽带动力吸振器优化设计

某炮舱在特定工况下壁板振动比较剧烈，需要采取有效措施抑制壁板振动。文章根据炮舱前两阶固有频率设计宽带动力吸振器，综合利用MATLAB和NASTRAN编制优化程序，提出了一种设计动力吸振器的新方法。计算炮舱安装吸振器前后的振动特性和频率响应特性。结果显示，综合优化后吸振器能够有效降低炮舱壁板的振动，说明这种优化方法是可行的。

标签：动力吸振器；参数优化；动力学设计

引言

振动工程实际中经常采用动力吸振的方法来抑制结构振动。根据结构动力学原理，某结构受到简谐激励的频率接近其的固有频率时便会发生共振。若此时在这个结构上附加动力吸振器，合理优化动力吸振器的结构参数，便可以吸收主结构的能量，达到动力吸振的效果。

目前，动力学优化的商业软件有iSIGHT和HyperWorks等。这些软件功能强大，对尺寸优化和材料优化等通用性的优化可以很好的完成。但是，动力吸振器的优化设计有其自身的特殊性，这些软件并不能完全适应这种情况。

以梁式动力吸振器为例，通用商业软件只能优化材料的密度、厚度或者针对几何体的边缘进行小范围的形貌优化；本文综合运用MATLAB计算软件和NASTRAN有限元软件，设计了一种优化程序。将优化变量设置为质量块的质量、梁的长度和厚度。同时，本文给出了这种优化方法的基本原理和可行性。

1 优化的基本思想

利用MATLAB可以调用外部程序的特点和其数据处理能力，对具有不同几何参数和物理参数的结构进行分析。具体步骤如下：

（1）在Patran中建立舱体和吸振器的初始模型，提交Nastran分析，得到初始的bdf文件；（2）使用MATLAB修改初始BDF文件，从而改变相应的几何参数和物理参数；（3）用Nastran调用bdf文件进行动力学分析得到结果文件；（4）使用MATLAB编制程序提取出相关数据作为目标函数和约束。以上四个步骤依次迭代，直到满足优化条件为止。

2 优化算法的实现

2.1 确定优化变量

确定优化变量为吸振器的厚度t1、t2和吸振器上附加质量m1、m2。如图1，beam01的厚度为t1，beam02的厚度为t2，mass01的质量为m1，mass02的质量