基于进化策略的加筋板声辐射性能优化

论文摘要

结构振动和噪声控制对于民船和军船都是一项十分重要的研究课题。声辐射的控制对于舰艇的声隐性有着重要意义。在实际工程中,船舶结构中多采用加筋板结构,所以改变加筋位置来抑制结构的声辐射具有重要的工程意义。本文就是以加筋位置作为设计变量对加筋板进行声辐射优化的。本文首先介绍了有限元方面的知识,详述了梁单元刚度矩阵和板单元刚度矩阵的推导过程、梁单元的坐标转换、刚度矩阵的叠加方法及有限元模型的更新。然后介绍了振动的矩形板置于水平的无限大刚性障板向上半空间进行声辐射的平均辐射声功率的计算方法,并且说明了进化策略的计算流程和进化参数。进化策略的应用已经很广泛,在实际工程中遇到的大多数结构声辐射优化问题都是对于连续变量优化的,本文则是基于进化策略,以加载位置为离散设计变量进行优化的。基于这种优化方法,在单点简谐激励力作用下,分别运用加质量点,均布质量,加强筋三种修改结构的方法,以平均辐射声功率为优化目标,对一块四边简支的加筋板进行声学结构优化。通过多个声辐射数值优化计算算例,对比分析了三种结构修改方式的优化结果,比较可以发现加强筋的优化效果最好,重量最轻。综合多次的计算结果表明:优化后,加强筋有优先把激励点和最近的简支边相连的趋势,这种观点可以定性的用阻抗的观点来解释。最后本文概述了白噪声激励下多点随机振动的理论推导过程,对简支钢板模型在白噪声多点随机激励作用下进行了声学结构优化,并分析讨论了优化结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 声学优化的概况与发展
• 1.2 立题的科学依据及研究意义
• 1.3 结构声辐射优化的主要研究方法
• 1.3.1 计算结构声辐射的解析方法
• 1.3.2 计算结构声辐射的数值计算方法
• 1.4 结构声学优化
• 1.5 本文的主要内容
• 2 有限元理论与计算模型的更新
• 2.1 有限元法简介
• 2.2 板单元刚度矩阵
• 2.2.1 基本附加假定
• 2.2.2 几何方程
• 2.2.3 物理方程
• 2.2.4 虚功方程
• 2.2.5 节点位移和节点力
• 2.2.6 薄板矩形单元的位移模式
• 2.2.7 矩形薄板单元刚度矩阵
• 2.3 梁单元刚度矩阵
• 2.3.1 空间梁单元刚度矩阵
• 2.3.2 坐标转换
• 2.4 计算模型的更新
• 2.4.1 梁单元刚度矩阵的叠加
• 2.4.2 梁单元刚度矩阵与板单元刚度矩阵的叠加
• 2.5 小结
• 3 进化策略在声学结构优化中的应用
• 3.1 辐射声功率的计算
• 3.2 关于设计变量的说明
• 3.3 进化策略
• 3.3.1 进化策略简介
• 3.3.2 进化策略流程
• 3.3.3 适用于结构优化算法的进化策略
• 4 进化策略优化算例分析
• 4.1 附加质量点优化算例
• 4.2 加载均布质量的优化算例
• 4.3 加筋的优化算例与比较
• 4.4 加筋优化算例分析
• 4.5 变异率对进化策略的影响
• 4.6 小结
• 5 白噪声激励下的多点随机振动
• 5.1 简支板的多点随机振动
• 5.2 多点随机振动算例
• 5.3 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 关于相关问题的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢