基于雙向漸進(jìn)優(yōu)化算法的約束阻尼板的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于雙向漸進(jìn)優(yōu)化算法的約束阻尼板的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，屬于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法包括：建立約束阻尼板的有限元模型；建立拓?fù)鋬?yōu)化模型；設(shè)定雙向漸進(jìn)優(yōu)化算法的參數(shù)；計(jì)算約束阻尼板結(jié)構(gòu)單元的靈敏度；采用雙向漸進(jìn)優(yōu)化算法逐步刪除低效率約束阻尼胞單元，同時(shí)恢復(fù)靈敏度高的已被刪除的約束阻尼胞單元；滿(mǎn)足約束條件時(shí)停止迭代，輸出約束阻尼材料的優(yōu)化布局。本發(fā)明在一定約束阻尼材料用量的情況下，使約束阻尼板的模態(tài)損耗因子最大化，使約束阻尼板結(jié)構(gòu)在有效減振的同時(shí)不過(guò)多附加質(zhì)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于雙向漸進(jìn)優(yōu)化算法的約束阻尼板的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，特別是一種基于雙向漸進(jìn)優(yōu)化算法的約束阻尼板的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]阻尼結(jié)構(gòu)能有效抑制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)與噪聲，特別是約束阻尼板結(jié)構(gòu)對(duì)寬帶隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)有很好的抑制作用，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天、艦船等行業(yè)。在傳統(tǒng)的阻尼結(jié)構(gòu)減振設(shè)計(jì)中，將阻尼材料覆蓋于整個(gè)結(jié)構(gòu)的表面，有效抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng)和噪聲的同時(shí)，也增加了結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量。對(duì)約束阻尼材料的布局進(jìn)行優(yōu)化配置能夠有效提高約束阻尼材料的使用效率，減少約束阻尼材料的使用量。
[0003]在采用漸進(jìn)優(yōu)化算法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化的過(guò)程中，某些被刪除的低效率的單元可能變?yōu)楦咝实膯卧?，但是漸進(jìn)優(yōu)化算法不能將這些刪除單元恢復(fù)為實(shí)體單元，影響了優(yōu)化算法的可靠性，使優(yōu)化結(jié)果出現(xiàn)低效局部?jī)?yōu)化解。雙向漸進(jìn)優(yōu)化算法是對(duì)漸進(jìn)優(yōu)化算法的改進(jìn)，它不僅可以刪除材料，還可以添加材料，使得材料布局更加合理，因此，該方法具有更好的優(yōu)化設(shè)計(jì)能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是提供一種基于雙向漸進(jìn)優(yōu)化算法的約束阻尼板的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，它以模態(tài)損耗因子最大化為目標(biāo)函數(shù)，約束阻尼材料體積分?jǐn)?shù)為約束條件，建立約束阻尼板的拓?fù)鋬?yōu)化模型，采用雙向漸進(jìn)優(yōu)化算法，獲得約束阻尼板的約束阻尼材料最優(yōu)布局，在一定附加質(zhì)量的前提下，使約束阻尼板具有最大的阻尼減振效果。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，具體包括以下步驟:
[0006]I)在待優(yōu)化表面覆蓋約束阻尼材料形成約束阻尼板結(jié)構(gòu)，建立約束阻尼板結(jié)構(gòu)的有限元模型，定義邊界條件；
[0007]2)建立拓?fù)鋬?yōu)化模型如下:

【權(quán)利要求】
1.一種基于雙向漸進(jìn)優(yōu)化算法的約束阻尼板的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在待優(yōu)化表面覆蓋約束阻尼材料形成約束阻尼板結(jié)構(gòu)，建立約束阻尼板結(jié)構(gòu)的有限元模型，定義邊界條件； 2)建立拓?fù)鋬?yōu)化模型如下:
其中:設(shè)計(jì)變量Xi是約束阻尼板結(jié)構(gòu)的第i個(gè)單元的存在狀態(tài)，取值為I和Xmin，且I代表結(jié)構(gòu)表面覆蓋了阻尼材料，單元i為實(shí)體單元；xmin代表刪除了結(jié)構(gòu)表面覆蓋的阻尼材料，單元i為刪除單元；n為約束阻尼板結(jié)構(gòu)的單元總數(shù)；II為模態(tài)損耗因子，L為第r階的模態(tài)損耗因子為約束阻尼材料的總體積，Vi為每個(gè)單元約束阻尼材料的體積；V*為約束阻尼材料的體積約束量； 3)設(shè)定雙向漸進(jìn)優(yōu)化算法的參數(shù)，包括約束阻尼材料的體積約束量V*和進(jìn)化率ER； 4)對(duì)建立的有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，并采用模態(tài)應(yīng)變能的方法計(jì)算約束阻尼板結(jié)構(gòu)的模態(tài)損耗因子，采用靈敏度公式計(jì)算每一個(gè)實(shí)體單元的靈敏度，采用獨(dú)立網(wǎng)格濾波技術(shù)對(duì)實(shí)體單元的靈敏度進(jìn)行濾波，并得到刪除單元的靈敏度； 5)根據(jù)進(jìn)化率ER，計(jì)算下一步迭代的約束阻尼材料的目標(biāo)體積Vk+1:
當(dāng) Vk+1〈V* 時(shí)，Vk+1 = Vk(1-ER)；
當(dāng) Vk+1≥ V* 時(shí)，Vk+1 = V* ； 根據(jù)Vk+1決定修改單元靈敏度的門(mén)檻值β，并根據(jù)門(mén)檻值更新設(shè)計(jì)變量值； 6)判定是否滿(mǎn)足約束條件:如果滿(mǎn)足約束條件，則繼續(xù)步驟7);如果不滿(mǎn)足約束條件，則更新實(shí)體單元和刪除單元的密度值； 7)重復(fù)步驟4)~6)，直至滿(mǎn)足約束阻尼材料體積約束條件，結(jié)束迭代，輸出各相關(guān)數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙向漸進(jìn)優(yōu)化算法的約束阻尼板的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于:步驟I)所述約束阻尼板結(jié)構(gòu)的有限元模型包括阻尼材料單元和阻尼材料單元所對(duì)應(yīng)的約束層單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙向漸進(jìn)優(yōu)化算法的約束阻尼板的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于:步驟2)所述拓?fù)鋬?yōu)化模型中的Xmin取值為0.001。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述，基于雙向漸進(jìn)優(yōu)化算法的約束阻尼板的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于:步驟4)中所述采用靈敏度公式計(jì)算每一個(gè)實(shí)體單元的計(jì)算步驟為: 根據(jù)模態(tài)應(yīng)變能法，計(jì)算約束阻尼板結(jié)構(gòu)的r階模態(tài)損耗因子如下:nr=nr*Uvv/Ur 其中，Hv為阻尼材料的損耗因子;Uvr和&分別為第r階模態(tài)的阻尼材料應(yīng)變能和約束阻尼板結(jié)構(gòu)的總應(yīng)變能； 令L對(duì)設(shè)計(jì)變量Xi求偏導(dǎo)，得到第r階模態(tài)損耗因子關(guān)于設(shè)計(jì)變量的靈敏度:
式中，Uevri為第r階模態(tài)的阻尼材料單元i的模態(tài)應(yīng)變能；Uia滅r階模態(tài)的阻尼材料單元i對(duì)應(yīng)的約束層單元的模態(tài)應(yīng)變能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙向漸進(jìn)優(yōu)化算法的約束阻尼板的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟6)中所述更新實(shí)體單元和刪除單元的密度值的方法為: 當(dāng)單元i為實(shí)體單元時(shí):靈敏度β i≤β，實(shí)體單元設(shè)計(jì)變量Xi的密度值由I變?yōu)閄min ； 當(dāng)單元i為刪除單元時(shí):靈敏度β，刪除單元設(shè)計(jì)變量Xi的密度值由Xmin變?yōu)?
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104200048SQ201410479509
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】鄭玲, 房占鵬, 萬(wàn)浩川, 李以農(nóng) 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)