航天结构带频率禁区的动力学拓扑优化设计
发布时间：2021-09-05 13:41
针对航天设备中对振动频率有特殊要求的高阻尼支座结构,基于独立、连续、映射（Independent Continuous Mapping, ICM）方法,结合随机振动的虚拟激励方法,建立了具有频率禁区约束的连续体动力学优化模型。该方法通过瑞利商和泰勒展开式对频率禁区进行显式处理,将优化模型转化为二次规划模型;在动力学分析过程中引入虚拟激励方法,通过对偶理论和序列二次规划方法进行了求解。通过对某型支座结构的建模优化,结合数值分析对各项优化指标进行了比对,得到优化结果避开了预设频率禁区,在满足变形约束下使质量降低27.66%,完成了优化任务,验证了本文方法的有效性。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
结构模型(modelofsupportstructure)图1支座结构Fig.1Supportstructure(b)支座
件采用了钢材，其具体属性如表3所示。在仿真分析前根据表中材料属性对结构件进行材料赋值。根据拓扑优化ICM方法和动力学分析的虚拟激励方法，支座在拓扑优化过程中的优化结果如图2所示(色柱表示单元密度)。表3相关材料属性Tab.3Materialproperties材料(material)密度(density)/kgm-3弹性模量(elasticmodulus)/MPa泊松比(Poisson’sratio)镁合金(magnesiumalloy)1820458000.281钢材(模拟件)(steel(model))7533(7850)2100000.250(a)a视图(viewa)(b)b视图(viewb)图2拓补优化初始视图Fig.2Theinitialviewoftopologyoptimization由于该支座结构构型复杂，动力学性能较为复杂，对图2的结果进行了322次迭代。由图2可以看到，支座结构的构型比较清晰，受力路径比较合理，但是其将部分不应减去的材料也删掉了，如支架安装螺孔处，为此，将部分不可删除的材料设置为非设计域，再次进行分析，如图3所示(其中矩形框标注的区域为不可优化区域，其余区域为可优化区域)。在此基础上进行拓扑优化，得到的结果如图4所示(色柱表示单元密度)。图3非优化区域设置Fig.3Non-optimizationregionsetting(a)a视图(viewa)(b)b视图(viewb)图4修正后拓扑优化结果Fig.4Modifiedtopologyoptimizationresults
件采用了钢材，其具体属性如表3所示。在仿真分析前根据表中材料属性对结构件进行材料赋值。根据拓扑优化ICM方法和动力学分析的虚拟激励方法，支座在拓扑优化过程中的优化结果如图2所示(色柱表示单元密度)。表3相关材料属性Tab.3Materialproperties材料(material)密度(density)/kgm-3弹性模量(elasticmodulus)/MPa泊松比(Poisson’sratio)镁合金(magnesiumalloy)1820458000.281钢材(模拟件)(steel(model))7533(7850)2100000.250(a)a视图(viewa)(b)b视图(viewb)图2拓补优化初始视图Fig.2Theinitialviewoftopologyoptimization由于该支座结构构型复杂，动力学性能较为复杂，对图2的结果进行了322次迭代。由图2可以看到，支座结构的构型比较清晰，受力路径比较合理，但是其将部分不应减去的材料也删掉了，如支架安装螺孔处，为此，将部分不可删除的材料设置为非设计域，再次进行分析，如图3所示(其中矩形框标注的区域为不可优化区域，其余区域为可优化区域)。在此基础上进行拓扑优化，得到的结果如图4所示(色柱表示单元密度)。图3非优化区域设置Fig.3Non-optimizationregionsetting(a)a视图(viewa)(b)b视图(viewb)图4修正后拓扑优化结果Fig.4Modifiedtopologyoptimizationresults
【参考文献】：
期刊论文
[1]光滑双向渐进结构优化法拓扑优化连续体结构频率和动刚度[J]. 滕晓艳,毛炳坤,江旭东. 农业工程学报. 2019(07)
[2]频率约束板结构拓扑优化[J]. 邱海,隋允康,叶红玲. 固体力学学报. 2012(02)
[3]有频率禁区的连续体结构拓扑优化[J]. 彭细荣,隋允康. 固体力学学报. 2007(02)
[4]结构动力学拓扑优化局部模态现象分析[J]. 朱继宏,张卫红,邱克鹏. 航空学报. 2006(04)
[5]结构拓扑优化ICM方法的改善[J]. 隋允康,彭细荣. 力学学报. 2005(02)
[6]有频率禁区的结构优化设计[J]. 林家浩. 大连工学院学报. 1981(01)
本文编号：3385454
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
结构模型(modelofsupportstructure)图1支座结构Fig.1Supportstructure(b)支座
件采用了钢材，其具体属性如表3所示。在仿真分析前根据表中材料属性对结构件进行材料赋值。根据拓扑优化ICM方法和动力学分析的虚拟激励方法，支座在拓扑优化过程中的优化结果如图2所示(色柱表示单元密度)。表3相关材料属性Tab.3Materialproperties材料(material)密度(density)/kgm-3弹性模量(elasticmodulus)/MPa泊松比(Poisson’sratio)镁合金(magnesiumalloy)1820458000.281钢材(模拟件)(steel(model))7533(7850)2100000.250(a)a视图(viewa)(b)b视图(viewb)图2拓补优化初始视图Fig.2Theinitialviewoftopologyoptimization由于该支座结构构型复杂，动力学性能较为复杂，对图2的结果进行了322次迭代。由图2可以看到，支座结构的构型比较清晰，受力路径比较合理，但是其将部分不应减去的材料也删掉了，如支架安装螺孔处，为此，将部分不可删除的材料设置为非设计域，再次进行分析，如图3所示(其中矩形框标注的区域为不可优化区域，其余区域为可优化区域)。在此基础上进行拓扑优化，得到的结果如图4所示(色柱表示单元密度)。图3非优化区域设置Fig.3Non-optimizationregionsetting(a)a视图(viewa)(b)b视图(viewb)图4修正后拓扑优化结果Fig.4Modifiedtopologyoptimizationresults
件采用了钢材，其具体属性如表3所示。在仿真分析前根据表中材料属性对结构件进行材料赋值。根据拓扑优化ICM方法和动力学分析的虚拟激励方法，支座在拓扑优化过程中的优化结果如图2所示(色柱表示单元密度)。表3相关材料属性Tab.3Materialproperties材料(material)密度(density)/kgm-3弹性模量(elasticmodulus)/MPa泊松比(Poisson’sratio)镁合金(magnesiumalloy)1820458000.281钢材(模拟件)(steel(model))7533(7850)2100000.250(a)a视图(viewa)(b)b视图(viewb)图2拓补优化初始视图Fig.2Theinitialviewoftopologyoptimization由于该支座结构构型复杂，动力学性能较为复杂，对图2的结果进行了322次迭代。由图2可以看到，支座结构的构型比较清晰，受力路径比较合理，但是其将部分不应减去的材料也删掉了，如支架安装螺孔处，为此，将部分不可删除的材料设置为非设计域，再次进行分析，如图3所示(其中矩形框标注的区域为不可优化区域，其余区域为可优化区域)。在此基础上进行拓扑优化，得到的结果如图4所示(色柱表示单元密度)。图3非优化区域设置Fig.3Non-optimizationregionsetting(a)a视图(viewa)(b)b视图(viewb)图4修正后拓扑优化结果Fig.4Modifiedtopologyoptimizationresults
【参考文献】：
期刊论文
[1]光滑双向渐进结构优化法拓扑优化连续体结构频率和动刚度[J]. 滕晓艳,毛炳坤,江旭东. 农业工程学报. 2019(07)
[2]频率约束板结构拓扑优化[J]. 邱海,隋允康,叶红玲. 固体力学学报. 2012(02)
[3]有频率禁区的连续体结构拓扑优化[J]. 彭细荣,隋允康. 固体力学学报. 2007(02)
[4]结构动力学拓扑优化局部模态现象分析[J]. 朱继宏,张卫红,邱克鹏. 航空学报. 2006(04)
[5]结构拓扑优化ICM方法的改善[J]. 隋允康,彭细荣. 力学学报. 2005(02)
[6]有频率禁区的结构优化设计[J]. 林家浩. 大连工学院学报. 1981(01)
本文编号：3385454
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