基于代理模型的L型双加筋板结构动力学优化设计

发布时间：2017-10-15 10:23

  本文关键词：基于代理模型的L型双加筋板结构动力学优化设计

  更多相关文章： 加筋板 代理模型 参数化建模 模型修正 结构优化设计

【摘要】：加筋板结构作为航空航天结构中的重要组成部分,在飞行过程中会受到不同形式的随机载荷激励,充分了解加筋板结构的动力学特性是此类结构设计的关键。此外,提高结构性能、减轻结构重量等是现代航空航天结构设计的重要主题。本文以典型加筋板结构的动力学特性为目标,主要研究其模型修正、优化设计方法,并进行了优化前后的试验验证。简要叙述了建立代理模型常用的试验设计方法、近似方法和评价指标,结合典型函数算例对代理模型的建模精度进行了比较,通过比较给出了各模型在确定性仿真中的适用性。同时,在试验设计点中引入高斯白噪声,模拟不确定性干扰,比较了各代理模型处理噪声的能力;为了能反映优化设计过程中对应于每一组迭代参数下结构的真实形式,基于MSC.Patran的参数化建模功能,建立了L型双加筋相似结构的参数化模型。对于模型中成组的螺栓连接,分别采用基于几何特征的Bush和Beam连接单元建模,并比较了不同连接建模方式引起的结构响应误差;对加筋板结构进行了模态分析,通过对比计算模态分析和试验模态分析的结果,评价了两者之间的相似性。计算了结构模型匹配MAC值较高的5阶频率对预选刚度的灵敏度,并将3个灵敏度值较高的切向刚度作为修正参数,对此5阶频率作了修正。对比修正前后模型对应阶次的频率误差可知,模型修正缩小了计算和试验之间的误差,达到模型修正的目的;最后,基于修正后的有限元模型,通过有限元分析与数值计算接口,建立设计参数和约束函数、目标函数之间的代理模型。采用遗传算法和粒子群优化算法,分别基于有限元模型和代理模型,对L型双加筋结构中指定区域的最大应力RMS值进行了优化设计。通过对优化前后结构最大应力位置和大小的试验比较,验证了优化设计方法的可行性。
【关键词】：加筋板 代理模型 参数化建模 模型修正 结构优化设计
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V221
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 选题背景及意义15-16
• 1.2 课题主要的问题及国内外研究现状16-19
• 1.2.1 加筋板建模方法16-18
• 1.2.2 结构动力学优化设计18-19
• 1.3 本课题来源及研究目标19-20
• 1.4 本文的研究内容20-21
• 第二章 代理模型建模方法的比较研究21-35
• 2.1 引言21-22
• 2.2 代理模型22-30
• 2.2.1 试验设计方法22-26
• 2.2.2 近似方法26-29
• 2.2.3 代理模型的检验29-30
• 2.3 摄动理论及实现方法30-31
• 2.3.1 摄动法及其基本原理30
• 2.3.2 摄动方法的实现30-31
• 2.4 算例31-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第三章 加筋壁板参数化建模及有限元分析35-47
• 3.1 引言35-36
• 3.2 MSC.Patran参数化建模方法36-39
• 3.2.1 MSC.Patran简介36
• 3.2.2 MSC.Patran参数化建模方法36-39
• 3.3 加筋壁板参数化建模39-42
• 3.3.1 定义参数39-40
• 3.3.2 几何模型及网格划分40
• 3.3.3 连接的建模40-41
• 3.3.4 模型的材料及属性赋予41-42
• 3.4 加筋壁板模态分析42-45
• 3.4.1 试验模态分析42-44
• 3.4.2 加筋壁板模态分析评价44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第四章 加筋板结构有限元模型修正47-58
• 4.1 引言47-48
• 4.2 模型修正基本原理48-51
• 4.2.1 模型修正方法48
• 4.2.2 模型修正实现48-50
• 4.2.3 模型相关性分析50-51
• 4.2.4 模型修正一般流程51
• 4.3 加筋板结构的灵敏度分析51-52
• 4.4 双加筋结构试验与仿真相关性分析52-54
• 4.5 基于模态试验的模型修正54-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第五章 加筋板结构动力学优化设计58-78
• 5.1 引言58-59
• 5.2 结构优化设计方法59-65
• 5.2.1 优化设计的数学模型59-60
• 5.2.2 优化设计算法60-64
• 5.2.3 优化设计步骤64-65
• 5.3 加筋板结构随机振动分析65-67
• 5.3.1 随机振动理论65-66
• 5.3.2 加筋板随机振动仿真分析66-67
• 5.4 加筋板结构优化设计67-76
• 5.4.1 最大动应力描述及其定位方法67-68
• 5.4.2 优化设计过程及结果比较68-72
• 5.4.3 优化设计试验验证72-76
• 5.5 本章小结76-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 本文研究工作总结78
• 6.2 后续研究工作展望78-80
• 参考文献80-86
• 致谢86-87
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文87-88
• 附件 188-89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 胡添元;余雄庆;;基于CATIA二次开发的飞翼外形参数化建模[J];飞机设计;2007年06期

2 王想生;赵彬;李永刚;刘伟;岳珠峰;;基于ISIGHT/NASTRAN的机翼翼梁的结构优化设计[J];飞机设计;2008年04期

3 徐元铭,龚尧南;飞机结构有限元模型化的智能化方法应用研究[J];航空学报;2001年03期

4 石楚千;曾建江;朱书华;童明波;;不同筋条刚度下复材加筋板剪切稳定性分析[J];航空计算技术;2014年01期

5 朱跃;张令弥;郭勤涛;;基于SVR方法的有限元模型确认中不确定性建模研究[J];振动与冲击;2010年09期

6 袁野;陈昌亚;王德禹;;基于支持向量机的卫星动力学多目标优化[J];振动与冲击;2013年22期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李坚;代理模型近似技术研究及其在结构可靠度分析中的应用[D];上海交通大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 吴莉莉;复合材料翼面结构二级布局优化设计方法[D];南京航空航天大学;2011年

，

本文编号：1036582