[发明专利]一种提高瞬态隔振性能的平板结构优化设计方法

说明书

本发明涉及一种提高瞬态隔振性能的平板结构优化设计方法，其通过构建平板结构瞬态振动响应计算模型，并给定平板结构的初始状态、平板结构受到的瞬态激励、待优化的瞬态振动指标、边界参数可调范围，然后结合平板结构的已知参数并利用优化算法进行最优解搜索，获取平板结构的最优边界条件，根据该最优边界条件指导平板结构的优化设计，实现了在不改变平板自身参数的条件下，达到平板结构的瞬态隔振性能最大化。

技术领域

本发明涉及平板结构优化技术领域，具体涉及一种提高瞬态隔振性能的平板结构优化设计方法。

背景技术

平板结构是工程中最常见的结构之一，广泛应用于船舶与海洋工程、航空航天工程、土木建筑工程、车辆工程等结构中。平板结构隔振特性一直备受关注。众所周知，平板结构的边界安装条件对结构的隔声隔振性能有重要影响。在现实中，诸多激励源和噪声源都具有明显的瞬态特性。如果能通过边界条件的优化设计来实现平板结构瞬态隔振性能的提高(如减小平板结构受激励时的最大瞬时位移或最大瞬时加速度)，将对工程应用有重要意义。这样的设计只要求改变结构的边界条件，不需要改动平板的自身参数(如长、宽、厚、材料等)，既能保持平板结构的原有材料、尺寸和外观不受影响，又能有效提高其隔振性能。然而，平板结构边界条件的参数众多、可变情况有无限多种，且优化过程属于多参数并行寻优问题。目前还没有一种优化设计方法，能有效指导平板结构边界条件的优化设计，来实现瞬态隔振性能的最大提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高瞬态隔振性能的平板结构优化设计方法，利用优化算法的优势，快速搜索出边界参数最优解，从而实现平板结构的瞬态隔振性能最大化的效果，从而指导平板结构边界条件的优化设计。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种提高瞬态隔振性能的平板结构优化设计方法，其具体包括如下步骤：

步骤1、建立可适用于任意边界条件的平板结构瞬态振动响应的计算模型：

其中，和{δ(t)}分别为平板结构在t时刻的瞬时节点加速度、瞬时节点速度和瞬时节点位移矢量，Δt为计算时间步长，{F(t)}为平板结构在t时刻受到的瞬时激励矢量，α和γ分别为Newmark法时间积分常数，{M}、{C}和{K}分别为平板结构的整体质量矩阵、阻尼矩阵和整体刚度矩阵；

步骤2、设定平板结构的各项已知参数，包括平板材料、阻尼因子、尺寸、厚度；

步骤3、设定平板结构的边界参数的可调范围，包括边界一、边界二、边界三、边界四的横向刚度的可调范围以及其转动刚度的可调范围；

步骤4、给定平板结构的初始状态以及受到的瞬态激励；

步骤5、设定待优化的瞬态振动响应指标；

步骤6、选择优化算法，并将步骤1的平板结构瞬态振动响应的计算模型、步骤5所设定的优化指标以及优化算法三者相结合，针对步骤2设定的已知参数、步骤4给定平板结构的初始状态以及受到的瞬态激励、步骤3设定的边界参数可调范围，进行最优解搜索,获取优化指标响应最小化的最优边界条件；

步骤7、根据步骤6的最优边界条件形成平板结构。

所述平板结构的整体质量矩阵{M}和整体刚度矩阵{K}由有限单元法获得，即{M}由平板单元等效质量矩阵{M_p}_e通过直接刚度法组装而成，{K}由平板单元等效刚度矩阵{K_p}_e和支撑边界单元等效刚度矩阵{K_b}_e通过直接刚度法组装而成；

其中，{M_p}_e＝ρh∫∫{N}^T{N}dxdy；