结构模态阻尼比的动力学拓扑优化设计
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国家自然科学基金资助项目(12372042)


Dynamic Topology Optimization of Structral Modal Damping Ratio
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    航天器微振动会干扰精密仪器运行并威胁任务安全,其多源性、宽频性和传递复杂性导致难以通过常规手段有效消除.航天器结构的轻量化与高刚度需求对被动减振设计提出了新的挑战.针对传统阻尼材料均匀分布导致的冗余质量问题,本文提出一种最大化模态阻尼比的自由阻尼结构拓扑优化设计方法.通过变密度法建立优化模型,以最大化模态阻尼比为优化目标,结合灵敏度过滤与密度过滤方法,研究阻尼材料的最优分布.以两端固支薄板与悬臂薄板为例,对比分析了两种过滤方式对优化结果减振性能的影响.结果表明,优化后薄板结构模态阻尼比均得以提升,振动传递率峰值降低.

    Abstract:

    Spacecraft micro-vibrations, characterized by multiple excitation sources, broadband frequency, and complex transmission, challenge conventional suppression methods and threaten mission reliability. To address the trade-off between lightweight design and vibration mitigation in passive damping structures, this paper proposes a topology optimization design methodology for maximizing the modal damping ratio of a free-layer damping structure. Utilizing the variable density method, the optimization model is established with sensitivity and density filtering techniques to achieve optimal material distribution under multi-modal targets. Case studies on two-end fixed and cantilever plates demonstrate that the optimized layouts enhance target modal damping ratios and reduce vibration transmissibility peaks.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

邓迪文,孙加亮.结构模态阻尼比的动力学拓扑优化设计[J].动力学与控制学报,2025,23(12):54~65; Deng Diwen, Sun Jialiang. Dynamic Topology Optimization of Structral Modal Damping Ratio[J]. Journal of Dynamics and Control,2025,23(12):54-65.

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  • 收稿日期:2025-04-01
  • 最后修改日期:2025-07-10
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  • 在线发布日期: 2025-12-23
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