[發明專利]一種基于阻尼最大化的復合三明治板殼結構拓撲優化方法

有效

• 申請號: 201510381985.1
• 申請日: 2015-07-02
• 公開（公告）號: CN105005647B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 靳國永;楊傳猛;葉天貴;宿柱;馬相龍;劉志剛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于三明治板殼設計領域，尤其涉及一種基于阻尼最大化的復合三明治板殼結構的拓撲優化方法。

背景技術

復合三明治板殼結構由基層、約束層和中間的阻尼層構成，其中約束層由層合的復合材料構成。由于阻尼層的剪切變形會導致大量的能量耗散，能夠有效抑制結構的振動和聲輻射，并且這種結構能夠以較輕的質量獲得較好的阻尼效果，因此復合三明治結構已經被廣泛應用于航空、船舶、汽車、管道運輸等領域。

目前，復合三明治結構的研究的內容主要集中于結構參數的優化設計也就是確定使結構損耗因子取最大值時的阻尼材料屬性、層數和層厚等，并發展有很多的優化方法，在這些傳統的設計方法中，雖然能夠得到良好的減振效果，但卻會改變結構尺寸、形態以及增加結構質量。此外，在優化過程中針對結構的建模及其計算目前大多采用有限元方法，這種方法能夠解決各種形狀的結構但卻具有較低的計算速度和計算精度。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有計算速度快、精度高的，一種基于阻尼最大化的復合三明治板殼結構的拓撲優化方法。

一種基于阻尼最大化的復合三明治板殼結構的拓撲優化方法，包括以下幾個步驟，

步驟一：根據復合三明治板殼結構提取尺寸信息、材料信息和邊界信息；

步驟二：建立待優化約束層纖維角的復合三明治板殼結構的數學模型，輸入提取的尺寸信息、材料信息和邊界信息，得到復合三明治板殼結構各階固有頻率f和損耗因子η；

步驟三：設置復合三明治板殼所要優化損耗因子的階次，設置約束層各層纖維角的初始量和進化步長，初始化傳遞損耗因子值為0，設置當前階次損耗因子所對應的固有頻率的約束頻率，建立優化模型；

步驟四：將各層試探纖維角依次輸入到優化模型中，輸出對應損耗因子階次的固有頻率；

步驟五：判斷輸出的固有頻率是否滿足約束頻率條件，若不滿足，跳轉到步驟四；若滿足，輸出優化模型的損耗因子、各層試探纖維角并更新傳遞損耗因子；

具體的更新傳遞損耗因子過程為：

如果傳遞損耗因子小于當前優化模型輸出的損耗因子，則更新傳遞損耗因子，將當前輸出的損耗因子作為傳遞損耗因子；如果傳遞損耗因子大于當前輸出的損耗因子，則不更新傳遞損耗因子；

步驟六：重復步驟五，直到各層試探纖維角均等于90時，輸出最終傳遞信息，得到復合三明治結構最大化損耗因子及其所對應的纖維角組合參數，從而得到基于阻尼最大化的復合三明治板殼結構的最優構型。

本發明一種基于阻尼最大化的復合三明治板殼結構的拓撲優化方法，還可以包括：

復合三明治板殼結構的約束層為三層復合層，設置約束層各層纖維角的初始量α₀＝0°,β₀＝0°,γ₀＝0°，進化步長δ＝1°，設置此階次損耗因子所對應的固有頻率的約束頻率f₁和f₂，建立優化模型：

其中，α_i，β_j，γ_k是待輸入的各層試探纖維角度，它們分別從0逐漸變化到90°，H(α_i，β_j，γ_k)是模型輸出的損耗因子，F(α_i，β_j，γ_k)是對應損耗因子階次的固有頻率。

有益效果：

本發明提供了一種使結構阻尼最大化的復合三明治板殼結構的拓撲優化方法，這種方法僅通過改變結構約束層各復合材料層中的纖維角鋪設角度來改變結構各階的損耗因子，從而優化結構的阻尼特性，并且利用傅里葉逼近算法而具有較快的計算速度和較高的精度。

可在不改變復合三明治結板殼結構尺寸、外形、材料的情況下通過纖維角的優化設計使復合三明治板殼治殼的阻尼最大化，從而使其具有良好的減振吸振效果，并且在模型建立中采用不同于傳統有限元方法的傅里葉逼近算法，使此優化方法更加可靠和快速。

附圖說明

圖1是本發明的流程圖；

圖2是復合三明治板殼結構的層合示意圖；

圖3是板殼示意圖：圖3-1圓柱殼；圖3-2球殼；圖3-3矩形板；圖3-4圓錐殼；圖3-5圓環板；

圖4是在實施優化方法中，選取若干個纖維角組合對實施過程進行展示表；

圖5是復合三明治圓柱殼的約束層層數分為三種情況的優化方法進行結果表。

具體實施方式