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《南京航空航天大学》 2010年
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结构动力学设计渐进优化方法研究

茅志颖  
【摘要】:渐进结构优化法作为拓扑优化方法中的一种,简称渐进法。该方法利用有限元单元离散优化设计域,通过选取适当的准则来界定每个单元对结构某特性的重要程度,根据准则评定的重要程度从结构中逐步删除无效或低效的单元,最后剩余的单元结构形成了一个最佳结构。渐进法简单易行,容易利用现有的有限元分析软件实现,具有很好的通用性。本文以渐进法为基础,针对结构特性的多约束和多目标优化以及渐进法在结构损伤定位上的应用,进行了深入的研究。具体可归纳为如下几点。 (1)研究多约束条件下无阻尼结构的动力学优化设计。建立了振型节线位置变化、频率变化对于单元删除的灵敏度,发展了与之相应的单元删除准则和优化路径。提出了容易在优化问题中引入振型节线(点)位置条件的进化优化方法,容易集成到复杂结构的拓扑优化分析方法中,克服了以往振型约束难以实现的困难。 (2)研究多约束条件下附加阻尼结构的动力学优化设计。给出了结构模态损耗因子和响应的灵敏度公式,并提出了相应有效的优化路径,对多约束条件下的附加阻尼结构的附加阻尼层的分布位置进行了渐进优化。 (3)研究多约束条件下约束阻尼结构的双向渐进结构优化方法。由于渐进法在结构较复杂或者有限元单元较多时,需要迭代很多次才能得到优化结果,为了提高效率,将双向渐进法引入附加阻尼结构的优化中。本文提出了适合于附加阻尼结构优化的双向渐进优化路径,实现了附加阻尼结构的阻尼层优化设计。 (4)将模糊理论引入渐进结构优化中,建立了多目标的分层渐进优化方法。选用了非线性的隶属度函数,结合渐进结构优化方法和模糊多目标分层序列,研究了结构柔度和频率目标下的模糊分层渐进优化问题。 (5)以结构模态参数主要是结构共振频率和反共振频率为基础,利用渐进结构优化法,讨论了其在结构损伤定位中应用的可行性。给出了结构反共振频率的灵敏度,建立了损伤定位的数学模型,提出了针对微小损伤结构的损伤逼近方法。最后针对不同程度的损伤结构,给出了不同的算例予以验证。 (6)对运动启闭结构分别进行模态试验和减振效果试验,以测试结构附加阻尼层之后的减振效果,并与理论仿真进行对比。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB122

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【参考文献】
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