基于移动渐近线方法的板结构加强筋结构动力学布局拓扑优化

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现代工业社会的设计和制造水平是其发展程度的重要体现,为满足更高的生产制造要求,新的机械工程设计理论开始出现。由于拓扑优化与传统改善结构形式相比能够有效节约成本,因此拓扑优化一直是机械工程等设计领域中的重点探索方向。这其中,针对板结构加强筋结构的拓扑优化能够有效提高结构的力学性能,所以板结构加强筋结构布局的拓扑优化设计对于满足实际工程需求具有重要意义。本文以移动渐近线方法对拓扑优化问题进行求解,基于板结构加强筋结构耦合模型在正弦激励载荷下的动力学响应来对加强筋的布局位置进行优化,以此来提高结构的动力学性能。本文主要内容包括:1、建立了基板与加强筋耦合后整体的有限单元离散模型;对移动渐近线方法的理论进行分析并给出了求解流程;基于动载下的频率响应建立拓扑优化问题,对不同加载频率下的数值算例进行求解程序编写,验证给定约束条件下最优解的存在性并对优化结果进行分析,为后续的研究提供基础;2、建立了环境和材料自身特性共同作用下的Rayleigh阻尼特性模型,使结构的振动响应求解更加准确;基于能量流理论推导了耦合结构的功率流响应复模型方程并以此为目标函数建立了拓扑优化问题,通过编写计算程序对不同加载条件下的数值算例进行验证求解,分析不同工况对加强筋分布及功率流响应的影响;3、基于声学基本量与基本方程对板-加强筋耦合结构振动表面的近场辐射声功率进行了求解推导,并以此为目标构建了拓扑优化问题模型,通过不同条件下的数值算例进行编程计算验证,探究加强筋布局对耦合结构近场辐射声功率的影响;4、构建了声场的声学有限元模型,基于声-固耦合动力学方程推导了外部有限声场与板结构加强结构耦合后的功率流响应方程,以耦合界面处的功率流响应为目标对加强筋的布局进行拓扑优化,编写计算程求解出不同条件下加强筋的布局优化结果,与外部不存在有限声学空间的优化结果进行比较,分析声场对振动耦合面处功率流响应的影响。
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