项目名称: 仿叶脉分布的板壳结构加强筋声辐射拓扑优化方法

项目编号: No.51505096

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 滕晓艳

作者单位: 哈尔滨工程大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 面向板壳结构声振特性的加强筋布局优化设计,对于提高船舶结构的动态特性要求和轻量化设计具有重要的现实意义。目前常用的均匀化方法、变密度法、水平集法和渐进结构优化法,不适于求解具有分枝构型特征的板梁复合结构的布局优化问题。本项目探究植物脉序生长机理的力学规律和加强筋布局设计的内在联系,建立以主脉、次脉和支脉等三级脉序为特点的加强筋仿生优化模型,提出板壳结构加强筋仿脉序布局的仿生设计方法。针对复杂约束下板壳结构声振特性的拓扑优化问题,将优化准则法(KKT条件)与移动渐进线法(MMA法)相融合,提出基于最优准则法的加强筋仿脉序自适应生长方法。针对高频振动板壳结构的声辐射优化问题,构建基于功率流分析的加强筋布局优化方法,实现对抗振板壳结构能量流传播过程的控制和优化。综上,本项目提出的板壳结构加强筋布局设优化计方法,将为面向声振特性的结构轻量化设计奠定重要的理论基础和技术支撑。

中文关键词: 加强筋布局;仿叶脉脉序;声辐射;功率流;拓扑优化

英文摘要: The problem of layout optimization of stiffeners in plates/shells aimed at optimal vibration and acoustic characteristics is significant for ship structures to improve the dynamic characteristics subjected to the light weight requirement. The reinforced palte/shell structure by introduction of beams is featured with the branched configuration, for which the layout optimization of stiffeners is not suitable to be resolved by homogenization method, artificial density method, level set method and volutionary structure optimization method. The inherent connection of the mechanics induced venation growth mechanism to the reinforcement layout design is investigated in detail. Subsequently the bionic optimization model of stiffeners layout is established characterized with the hierarchical structure including the principal veins, secondary veins and three level veins. Consequently the bionic design method is presented for the stiffeners layout optimization in plates/shells. A novel bionic adaptive growth method of stiffeners based on optimization criterion is presented integrating with globally convergent method of moving asymptotes. It can address the layout optimization of stiffeners under the complicated design constraints with the vibration and acoustic characteristics as the objective function. In view of acoustic optimization of plates/shells in high frequency vibration, the layout optimization of stiffeners based on power flow analysis is constructed to control and optimize the energy flow propagation in plates/shells. Accordingly this layout optimization method of stiffeners in plates/shells provides the significant theoretical and technical support to the light weight design on the basis of vibration and acoustic characteristics.

英文关键词: stiffener layout;bionic venation;acoustic radiation;power flow;topology optimization

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