压电谐振结构的拓扑优化设计方法研究

项目名称： 压电谐振结构的拓扑优化设计方法研究

项目编号： No.11362017

项目类型： 地区科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 孙士平

作者单位： 南昌航空大学

项目金额： 45万元

中文摘要： 压电谐振结构的设计是改善压电器件工作效能、实现电能与机械能高效转换的关键问题之一。为此，项目拟结合有限元方法、动力学理论、拓扑优化技术与压电谐振设计思想，开展结构拓扑、材料性能和压电元件布局三者匹配的压电谐振结构拓扑优化设计方法研究。首先，开展预定义频率和振型约束下的谐振结构拓扑优化设计，建立具有输出轨迹要求的优化问题表达格式、多相材料的插值模型和周长约束方法；其次，探讨考虑负载的谐和激励谐振结构的拓扑优化问题，分析负载的影响规律，构建负载的表达形式，并根据运动轨迹约束和输出振幅要求，研究多目标拓扑优化建模技术，实现贴近服役环境的谐振结构构型设计；最后，针对压电元件位置与结构构型耦合的协同设计问题，从理论与数值结果上阐述其耦合影响机理，建立压电元件位置与结构构型关联的优化模型，确定有效算法实现两者协同优化。项目研究成果为压电谐振子的快速原型创新设计和压电驱动技术的应用发展提供方法支撑。

中文关键词： 拓扑优化；回转壳结构；序列响应面；变刚度复合材料；扰动GDQ法

英文摘要： Design of piezoeletric resonating structure is critical for improving performance of piezoeletric devices and realizing efficient conversion between electrical and mechanical energy. This project aims at developing topology optimization design methodology

英文关键词： topology optimization；rotation shell；sequential response surface；variable stiffness composite；perturbation generalized differential quadrature