本发明专利技术公开了一种基于双向渐进优化算法的约束阻尼板的优化设计方法，属于结构优化设计技术领域。该方法包括：建立约束阻尼板的有限元模型；建立拓扑优化模型；设定双向渐进优化算法的参数；计算约束阻尼板结构单元的灵敏度；采用双向渐进优化算法逐步删除低效率约束阻尼胞单元，同时恢复灵敏度高的已被删除的约束阻尼胞单元；满足约束条件时停止迭代，输出约束阻尼材料的优化布局。本发明专利技术在一定约束阻尼材料用量的情况下，使约束阻尼板的模态损耗因子最大化，使约束阻尼板结构在有效减振的同时不过多附加质量。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，属于结构优化设计
。该方法包括：建立约束阻尼板的有限元模型；建立拓扑优化模型；设定双向渐进优化算法的参数；计算约束阻尼板结构单元的灵敏度；采用双向渐进优化算法逐步删除低效率约束阻尼胞单元，同时恢复灵敏度高的已被删除的约束阻尼胞单元；满足约束条件时停止迭代，输出约束阻尼材料的优化布局。本专利技术在一定约束阻尼材料用量的情况下，使约束阻尼板的模态损耗因子最大化，使约束阻尼板结构在有效减振的同时不过多附加质量。【专利说明】
本专利技术涉及一种结构优化设计方法，特别是一种。
技术介绍
阻尼结构能有效抑制结构的振动与噪声，特别是约束阻尼板结构对宽带随机振动响应有很好的抑制作用，广泛应用于汽车、航空航天、舰船等行业。在传统的阻尼结构减振设计中，将阻尼材料覆盖于整个结构的表面，有效抑制结构振动和噪声的同时，也增加了结构的附加质量。对约束阻尼材料的布局进行优化配置能够有效提高约束阻尼材料的使用效率，减少约束阻尼材料的使用量。 在采用渐进优化算法对结构进行拓扑优化的过程中，某些被删除的低效率的单元可能变为高效率的单元，但是渐进优化算法不能将这些删除单元恢复为实体单元，影响了优化算法的可靠性，使优化结果出现低效局部优化解。双向渐进优化算法是对渐进优化算法的改进，它不仅可以删除材料，还可以添加材料，使得材料布局更加合理，因此，该方法具有更好的优化设计能力。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种，它以模态损耗因子最大化为目标函数，约束阻尼材料体积分数为约束条件，建立约束阻尼板的拓扑优化模型，采用双向渐进优化算法，获得约束阻尼板的约束阻尼材料最优布局，在一定附加质量的前提下，使约束阻尼板具有最大的阻尼减振效果。 本专利技术的目的是通过这样的技术方案实现的，具体包括以下步骤: I)在待优化表面覆盖约束阻尼材料形成约束阻尼板结构，建立约束阻尼板结构的有限元模型，定义边界条件； 2)建立拓扑优化模型如下: 【权利要求】1.一种，其特征在于，包括以下步骤: 1)在待优化表面覆盖约束阻尼材料形成约束阻尼板结构，建立约束阻尼板结构的有限元模型，定义边界条件； 2)建立拓扑优化模型如下:其中:设计变量Xi是约束阻尼板结构的第i个单元的存在状态，取值为I和Xmin，且I代表结构表面覆盖了阻尼材料，单元i为实体单元；xmin代表删除了结构表面覆盖的阻尼材料，单元i为删除单元；n为约束阻尼板结构的单元总数；II为模态损耗因子，L为第r阶的模态损耗因子为约束阻尼材料的总体积，Vi为每个单元约束阻尼材料的体积；V*为约束阻尼材料的体积约束量； 3)设定双向渐进优化算法的参数，包括约束阻尼材料的体积约束量V*和进化率ER； 4)对建立的有限元模型进行模态分析，并采用模态应变能的方法计算约束阻尼板结构的模态损耗因子，采用灵敏度公式计算每一个实体单元的灵敏度，采用独立网格滤波技术对实体单元的灵敏度进行滤波，并得到删除单元的灵敏度； 5)根据进化率ER，计算下一步迭代的约束阻尼材料的目标体积Vk+1:当 Vk+1〈V* 时，Vk+1 = Vk(1-ER)； 当 Vk+1≥ V* 时，Vk+1 = V* ； 根据Vk+1决定修改单元灵敏度的门槛值β，并根据门槛值更新设计变量值； 6)判定是否满足约束条件:如果满足约束条件，则继续步骤7);如果不满足约束条件，则更新实体单元和删除单元的密度值； 7)重复步骤4)~6)，直至满足约束阻尼材料体积约束条件，结束迭代，输出各相关数据。2.根据权利要求1所述的，其特征在于:步骤I)所述约束阻尼板结构的有限元模型包括阻尼材料单元和阻尼材料单元所对应的约束层单元。3.根据权利要求1所述的，其特征在于:步骤2)所述拓扑优化模型中的Xmin取值为0.001。4.根据权利要求2所述，，其特征在于:步骤4)中所述采用灵敏度公式计算每一个实体单元的计算步骤为: 根据模态应变能法，计算约束阻尼板结构的r阶模态损耗因子如下:nr=nr*Uvv/Ur 其中，Hv为阻尼材料的损耗因子;Uvr和&分别为第r阶模态的阻尼材料应变能和约束阻尼板结构的总应变能； 令L对设计变量Xi求偏导，得到第r阶模态损耗因子关于设计变量的灵敏度:式中，Uevri为第r阶模态的阻尼材料单元i的模态应变能；Uia滅r阶模态的阻尼材料单元i对应的约束层单元的模态应变能。5.根据权利要求1所述的，其特征在于，步骤6)中所述更新实体单元和删除单元的密度值的方法为: 当单元i为实体单元时:灵敏度β i≤β，实体单元设计变量Xi的密度值由I变为Xmin ； 当单元i为删除单元时:灵敏度β，删除单元设计变量Xi的密度值由Xmin变为1【文档编号】G06F17/50GK104200048SQ201410479509【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日 【专利技术者】郑玲, 房占鹏, 万浩川, 李以农 申请人:重庆大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于双向渐进优化算法的约束阻尼板的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在待优化表面覆盖约束阻尼材料形成约束阻尼板结构，建立约束阻尼板结构的有限元模型，定义边界条件；2)建立拓扑优化模型如下：find:xi,i=1,2...nmax:η=ηr,(r=1,2,3,...)s.t:V=Σi=1nxivi≤V*,xi={xmin,1};i=1,...n]]>其中：设计变量xi是约束阻尼板结构的第i个单元的存在状态，取值为1和xmin，且1代表结构表面覆盖了阻尼材料，单元i为实体单元；xmin代表删除了结构表面覆盖的阻尼材料，单元i为删除单元；n为约束阻尼板结构的单元总数；η为模态损耗因子，ηr为第r阶的模态损耗因子；V为约束阻尼材料的总体积，vi为每个单元约束阻尼材料的体积；V*为约束阻尼材料的体积约束量；3)设定双向渐进优化算法的参数，包括约束阻尼材料的体积约束量V*和进化率ER；4)对建立的有限元模型进行模态分析，并采用模态应变能的方法计算约束阻尼板结构的模态损耗因子，采用灵敏度公式计算每一个实体单元的灵敏度，采用独立网格滤波技术对实体单元的灵敏度进行滤波，并得到删除单元的灵敏度；5)根据进化率ER，计算下一步迭代的约束阻尼材料的目标体积Vk+1：当Vk+1<V*时，Vk+1＝Vk(1‑ER)；当Vk+1≥V*时，Vk+1＝V*；根据Vk+1决定修改单元灵敏度的门槛值β，并根据门槛值更新设计变量值；6)判定是否满足约束条件：如果满足约束条件，则继续步骤7)；如果不满足约束条件，则更新实体单元和删除单元的密度值；7)重复步骤4)～6)，直至满足约束阻尼材料体积约束条件，结束迭代，输出各相关数据。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑玲，房占鹏，万浩川，李以农，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85
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