基于聲輻射最小的板殼結(jié)構(gòu)加筋拓撲優(yōu)化研究.pdf

1、隨著社會的進步及科技、工業(yè)的發(fā)展，人們對環(huán)境舒適度的要求越來越高，工業(yè)設(shè)計對產(chǎn)品的振動與噪聲問題提出了更高的控制要求。聲隱身性能是衡量水下武器生存和作戰(zhàn)能力的重要指標(biāo)，因而降低結(jié)構(gòu)振動和聲輻射是一個非常重要的課題。
　　從降噪手段上看，傳統(tǒng)的被動噪聲控制以及有源噪聲控制都存在一定的局限性和不足。結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化技術(shù)是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中最有效的手段，在各學(xué)科優(yōu)化設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用并取得了很好的效果。近年來，將拓撲優(yōu)化應(yīng)用于產(chǎn)品的聲學(xué)設(shè)計成為

2、結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域內(nèi)新的課題，并逐漸提出了基于材料裁剪的‘安靜結(jié)構(gòu)設(shè)計’的概念。
　　板殼結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的結(jié)構(gòu)形式，任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型，不管其內(nèi)部激勵及振動傳遞如何復(fù)雜，都最終由結(jié)構(gòu)表面振動向外輻射噪聲，板殼結(jié)構(gòu)往往能很好模擬這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的聲輻射。而通過在結(jié)構(gòu)表面布置加強筋可以很好地改善結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動態(tài)響應(yīng)，從而降低結(jié)構(gòu)的聲輻射。本文即是以板殼結(jié)構(gòu)為研究對象，以結(jié)構(gòu)聲輻射功率為目標(biāo)函數(shù)，進行了加筋肋拓撲優(yōu)化研究。全文主要工作如下:<

3、br>　　1)首先敘述了噪聲與振動問題的必要性和意義，并提出了結(jié)構(gòu)低噪聲優(yōu)化技術(shù)；對結(jié)構(gòu)聲輻射計算方法進行了詳細介紹和對比；詳細敘述了結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展和基本內(nèi)容，闡述了拓撲優(yōu)化在聲輻射問題中的應(yīng)用現(xiàn)狀。
　　2)對平面單元、薄板單元、薄殼單元的有限元分析做了詳細說明;針對圓柱殼體模型的變形特點及振動原理，對殼體有限元求解理論做了詳細說明；對結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)分析中的邊界約束，節(jié)點載荷施加等問題進行了介紹，并給出了其MATLAB計

4、算流程圖；最后利用patran2010求證了MATLAB程序的正確性。
　　3)詳細介紹了邊界元法計算結(jié)構(gòu)聲輻射問題的基本理論。推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)外部聲輻射問題的邊界積分方程，并進行離散化處理；對邊界元法中奇異積分、特征頻率處解不唯一等問題進行了討論，并給出了對應(yīng)的解決方法；編寫了薄板結(jié)構(gòu)聲輻射計算的MATLAB程序，并通過Virtual.Lab Acoustics驗證了結(jié)果的正確性。
　　4)應(yīng)用MATLAB完成了薄板結(jié)構(gòu)的加筋低

5、噪聲拓撲優(yōu)化計算，得到薄板結(jié)構(gòu)最優(yōu)筋肋布局。通過有限元計算得到結(jié)構(gòu)表面位移響應(yīng)及法向振速，將結(jié)構(gòu)表面速度響應(yīng)代入Rayleigh積分模型求解薄板結(jié)構(gòu)聲輻射功率，從而采用基于SIMP材料插值模型的優(yōu)化準(zhǔn)則算法進行拓撲優(yōu)化計算。
　　5)采用邊界元法計算結(jié)構(gòu)的聲輻射，通過基于SIMP材料插值模型的優(yōu)化準(zhǔn)則算法，在MATLAB環(huán)境下編程實現(xiàn)圓柱殼加筋拓撲優(yōu)化計算。由于水介質(zhì)中結(jié)構(gòu)振動與流體有很強的的流固耦合作用，因而有限元計算中考慮了流