[發(fā)明專利]一種提高瞬態(tài)隔振性能的平板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810360720.7
• 申請(qǐng)日: 2018-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN108763641B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐達(dá)毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 張浠娟

本發(fā)明涉及一種提高瞬態(tài)隔振性能的平板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其通過構(gòu)建平板結(jié)構(gòu)瞬態(tài)振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算模型，并給定平板結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)、平板結(jié)構(gòu)受到的瞬態(tài)激勵(lì)、待優(yōu)化的瞬態(tài)振動(dòng)指標(biāo)、邊界參數(shù)可調(diào)范圍，然后結(jié)合平板結(jié)構(gòu)的已知參數(shù)并利用優(yōu)化算法進(jìn)行最優(yōu)解搜索，獲取平板結(jié)構(gòu)的最優(yōu)邊界條件，根據(jù)該最優(yōu)邊界條件指導(dǎo)平板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在不改變平板自身參數(shù)的條件下，達(dá)到平板結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)隔振性能最大化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及平板結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高瞬態(tài)隔振性能的平板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

平板結(jié)構(gòu)是工程中最常見的結(jié)構(gòu)之一，廣泛應(yīng)用于船舶與海洋工程、航空航天工程、土木建筑工程、車輛工程等結(jié)構(gòu)中。平板結(jié)構(gòu)隔振特性一直備受關(guān)注。眾所周知，平板結(jié)構(gòu)的邊界安裝條件對(duì)結(jié)構(gòu)的隔聲隔振性能有重要影響。在現(xiàn)實(shí)中，諸多激勵(lì)源和噪聲源都具有明顯的瞬態(tài)特性。如果能通過邊界條件的優(yōu)化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)平板結(jié)構(gòu)瞬態(tài)隔振性能的提高(如減小平板結(jié)構(gòu)受激勵(lì)時(shí)的最大瞬時(shí)位移或最大瞬時(shí)加速度)，將對(duì)工程應(yīng)用有重要意義。這樣的設(shè)計(jì)只要求改變結(jié)構(gòu)的邊界條件，不需要改動(dòng)平板的自身參數(shù)(如長(zhǎng)、寬、厚、材料等)，既能保持平板結(jié)構(gòu)的原有材料、尺寸和外觀不受影響，又能有效提高其隔振性能。然而，平板結(jié)構(gòu)邊界條件的參數(shù)眾多、可變情況有無限多種，且優(yōu)化過程屬于多參數(shù)并行尋優(yōu)問題。目前還沒有一種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，能有效指導(dǎo)平板結(jié)構(gòu)邊界條件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)隔振性能的最大提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種提高瞬態(tài)隔振性能的平板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，利用優(yōu)化算法的優(yōu)勢(shì)，快速搜索出邊界參數(shù)最優(yōu)解，從而實(shí)現(xiàn)平板結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)隔振性能最大化的效果，從而指導(dǎo)平板結(jié)構(gòu)邊界條件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種提高瞬態(tài)隔振性能的平板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其具體包括如下步驟：

步驟1、建立可適用于任意邊界條件的平板結(jié)構(gòu)瞬態(tài)振動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算模型：

其中，和{δ(t)}分別為平板結(jié)構(gòu)在t時(shí)刻的瞬時(shí)節(jié)點(diǎn)加速度、瞬時(shí)節(jié)點(diǎn)速度和瞬時(shí)節(jié)點(diǎn)位移矢量，Δt為計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)，{F(t)}為平板結(jié)構(gòu)在t時(shí)刻受到的瞬時(shí)激勵(lì)矢量，α和γ分別為Newmark法時(shí)間積分常數(shù)，{M}、{C}和{K}分別為平板結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和整體剛度矩陣；

步驟2、設(shè)定平板結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)已知參數(shù)，包括平板材料、阻尼因子、尺寸、厚度；

步驟3、設(shè)定平板結(jié)構(gòu)的邊界參數(shù)的可調(diào)范圍，包括邊界一、邊界二、邊界三、邊界四的橫向剛度的可調(diào)范圍以及其轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的可調(diào)范圍；

步驟4、給定平板結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)以及受到的瞬態(tài)激勵(lì)；

步驟5、設(shè)定待優(yōu)化的瞬態(tài)振動(dòng)響應(yīng)指標(biāo)；

步驟6、選擇優(yōu)化算法，并將步驟1的平板結(jié)構(gòu)瞬態(tài)振動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算模型、步驟5所設(shè)定的優(yōu)化指標(biāo)以及優(yōu)化算法三者相結(jié)合，針對(duì)步驟2設(shè)定的已知參數(shù)、步驟4給定平板結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)以及受到的瞬態(tài)激勵(lì)、步驟3設(shè)定的邊界參數(shù)可調(diào)范圍，進(jìn)行最優(yōu)解搜索,獲取優(yōu)化指標(biāo)響應(yīng)最小化的最優(yōu)邊界條件；

步驟7、根據(jù)步驟6的最優(yōu)邊界條件形成平板結(jié)構(gòu)。

所述平板結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量矩陣{M}和整體剛度矩陣{K}由有限單元法獲得，即{M}由平板單元等效質(zhì)量矩陣{M_p}_e通過直接剛度法組裝而成，{K}由平板單元等效剛度矩陣{K_p}_e和支撐邊界單元等效剛度矩陣{K_b}_e通過直接剛度法組裝而成；

其中，{M_p}_e＝ρh∫∫{N}^T{N}dxdy；