大功率光学系统减振的多参数优化

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车载光学系统对于振动相当敏感,为了保证车载光学系统的工作精度,需要对光学系统进行减振设计。本文通过ANSYS有限元分析软件,对于双层的减振系统进行多参数耦合的优化设计,并将着重探讨板状结构的约束阻尼层铺设的各种问题,最后将确定该系统的约束阻尼铺设的方案。本文首先采用ANSYS的优化工具箱,对于基于该大功率光学系统的双层减振模型,进行了多参数耦合的优化设计,得到了比较好的优化参数,并且与实际模型的结果进行了对照。由于该光学系统对于60-80Hz频段的振动很敏感,而实际结构的一阶弯曲振动频率正好落在此频段内,在减震器其它设计参数不变的情况下,本文探讨约束阻尼铺设的方案,提高该频段的模态阻尼,进一步提高系统抑制振动的能力。此后,本文就板状结构的约束阻尼层铺设问题做了一定的探讨。首先用实体单元模拟阻尼材料,用壳单元模拟基层及约束层,建立了约束阻尼层的有限元模型,然后,将该模型的结果与文献的结果进行对比,验证模型的正确性。最后通过模态实验的频率及模态损耗因子进一步验证本文模型正确性。本文在此模型的基础上,对约束阻尼的铺设进行了拓扑优化和参数优化,并探讨了将拓扑优化与参数优化结合起来的综合优化方法,为工程上简单板状结构的约束阻尼层铺设提供了一个简单的设计准则。在拓扑优化方面,本文着重探讨了两种方法,一种方法是基于MSE分布的方法,另外一种方法是基于CA算法的方法。第二种方法是以Chia等人的工作为基础,在阻尼增长的区域及方式上对CA算法进行了修改,使得程序在添加效率以及程序的适应性有了一定的改善,并且把模态参与因子考虑到了约束阻尼的铺设中,使得约束阻尼层的铺设更具有适用价值。基于此算法建立了CAM程序,并对板试件前4阶模态阻尼进行优化设计,其正确性得到模态实验验证。本文在最后将把CAM程序应用工程实际中,针对该光学系统的几何空间布局,提出了约束阻尼铺设的方案,有限元计算结果表明在阻尼质量增加不大的情况下,约束阻尼能进一步抑制系统工作频段内的振动,验证了本文方法的可行性。
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