声结构耦合系统的灵敏度分析与拓扑优化设计
发布时间：2023-04-05 14:49
现代城市中高度发达的工业,使得人们的生活变得更加舒适和便利。然而,环境污染尤其是噪声污染已经成为了当今人们需要面对的严峻问题,因此如何有效地控制噪声便成了一个亟待解决的问题。在振动噪声领域中,声结构耦合系统是一个重要的研究对象。常见的声结构耦合系统包括汽车车厢、飞机机舱等封闭腔体。它具有两个典型特点:第一,内部声场被外部结构包围;第二,声场与结构之间存在相互作用。目前,关于声结构耦合系统优化设计的研究大多针对的是确定性外部荷载,但在实际工程中随机性荷载是普遍存在的,因此本文针对简谐激励、平稳随机激励以及非平稳随机激励作用下声结构耦合系统的拓扑优化设计进行了研究,并推导了各自的灵敏度分析公式。本文主要的研究内容包括:1.简谐激励下声结构耦合系统的拓扑优化。主要研究了以减小简谐激励下声结构耦合系统中声压水平为目标的双材料拓扑优化方法及相应的灵敏度分析方法。基于有限元法构建了声结构耦合系统的动力学方程。利用微结构设计域法,建立了结构双材料插值模型,将结构拓扑优化问题转化为双材料(基体材料与增强材料)的最优分布问题。建立了结构单元矩阵与拓扑设计变量的关系式,提出了简谐激励下声结构耦合系统的拓扑...
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外相关工作研究进展
1.2.1 结构噪声分析方法的研究工作
1.2.2 声结构耦合系统的灵敏度分析
1.2.3 拓扑优化方法及其在结构噪声研究中的应用
1.2.4 结构优化问题的求解方法
1.2.5 随机振动分析方法及其在结构噪声领域中的应用
1.3 本文主要研究工作
2 简谐激励下声结构耦合系统拓扑优化设计
2.1 引言
2.2 声结构耦合系统的有限元列式
2.2.1 声学波动方程
2.2.2 声学边界条件
2.2.3 声学有限元方程
2.2.4 结构有限元方程
2.2.5 声结构耦合系统有限元方程
2.3 结构双材料模型与拓扑优化设计模型
2.3.1 基于MDDM双材料插值模型
2.3.2 声结构耦合系统的拓扑优化设计模型
2.4 声结构耦合系统的灵敏度分析
2.5 放松形式的最优准则法
2.6 简谐激励下声结构耦合系统的拓扑优化设计流程
2.7 数值算例
2.7.1 板声腔耦合系统拓扑优化设计
2.7.2 航天结构拓扑优化设计
2.8 本章小结
3 平稳随机激励下声结构耦合系统的灵敏度分析与拓扑优化
3.1 引言
3.2 声结构耦合系统的模态分析
3.2.1 声结构耦合系统的特征值问题
3.2.2 移轴的共轭子空间迭代法
3.3 基于虚拟激励法的声结构耦合系统的随机响应分析
3.3.1 单点平稳随机激励下声结构耦合系统响应分析
3.3.2 多点平稳随机激励下声结构耦合系统响应分析
3.4 平稳随机激励下声结构耦合系统的拓扑优化设计模型
3.5 声结构耦合系统的特征频率灵敏度分析
3.6 平稳随机激励下声结构耦合系统的灵敏度分析
3.6.1 直接法灵敏度分析
3.6.2 伴随法灵敏度分析
3.7 惩罚项
3.8 平稳随机激励作用下声结构耦合系统的拓扑优化设计流程
3.9 数值算例
3.9.1 平稳随机激励下板腔耦合系统的灵敏度分析
3.9.2 单点平稳随机激励下拓扑优化设计
3.9.3 不同重量约束下拓扑优化设计
3.9.4 针对不同参考点的拓扑优化设计
3.9.5 双约束条件下拓扑优化设计
3.9.6 惩罚项的影响
3.9.7 两点平稳随机激励下拓扑优化设计
3.10 本章小结
4 非平稳随机激励下声结构耦合系统的响应分析
4.1 引言
4.2 基于虚拟激励法的声结构耦合系统的非平稳随机响应分析
4.2.1 模态空间中的声结构耦合系统方程
4.2.2 单点均匀调制演变随机激励下声结构耦合系统响应分析
4.2.3 多点均匀调制演变随机激励下声结构耦合系统响应分析
4.3 精细积分法
4.3.1 动力方程的精细积分法
4.3.2 指数矩阵的精细计算
4.3.3 精细积分法的常用格式
4.4 数值算例
4.4.1 均匀调制演变随机激励下板腔耦合系统的声学响应分析
4.4.2 均匀调制演变随机激励下轿车车厢的声学响应分析
4.5 本章小结
5 非平稳随机激励下声结构耦合系统的灵敏度分析与拓扑优化
5.1 引言
5.2 非平稳随机激励下声结构耦合系统拓扑优化设计模型
5.3 非平稳随机激励下声结构耦合系统灵敏度分析
5.3.1 直接法灵敏度分析
5.3.2 伴随法灵敏度分析
5.4 非平稳随机激励下声结构耦合系统的拓扑优化设计流程
5.5 数值算例
5.5.1 单点激励下方形板的拓扑优化设计
5.5.2 多点激励下长方形板的拓扑优化设计
5.6 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3783605
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外相关工作研究进展
1.2.1 结构噪声分析方法的研究工作
1.2.2 声结构耦合系统的灵敏度分析
1.2.3 拓扑优化方法及其在结构噪声研究中的应用
1.2.4 结构优化问题的求解方法
1.2.5 随机振动分析方法及其在结构噪声领域中的应用
1.3 本文主要研究工作
2 简谐激励下声结构耦合系统拓扑优化设计
2.1 引言
2.2 声结构耦合系统的有限元列式
2.2.1 声学波动方程
2.2.2 声学边界条件
2.2.3 声学有限元方程
2.2.4 结构有限元方程
2.2.5 声结构耦合系统有限元方程
2.3 结构双材料模型与拓扑优化设计模型
2.3.1 基于MDDM双材料插值模型
2.3.2 声结构耦合系统的拓扑优化设计模型
2.4 声结构耦合系统的灵敏度分析
2.5 放松形式的最优准则法
2.6 简谐激励下声结构耦合系统的拓扑优化设计流程
2.7 数值算例
2.7.1 板声腔耦合系统拓扑优化设计
2.7.2 航天结构拓扑优化设计
2.8 本章小结
3 平稳随机激励下声结构耦合系统的灵敏度分析与拓扑优化
3.1 引言
3.2 声结构耦合系统的模态分析
3.2.1 声结构耦合系统的特征值问题
3.2.2 移轴的共轭子空间迭代法
3.3 基于虚拟激励法的声结构耦合系统的随机响应分析
3.3.1 单点平稳随机激励下声结构耦合系统响应分析
3.3.2 多点平稳随机激励下声结构耦合系统响应分析
3.4 平稳随机激励下声结构耦合系统的拓扑优化设计模型
3.5 声结构耦合系统的特征频率灵敏度分析
3.6 平稳随机激励下声结构耦合系统的灵敏度分析
3.6.1 直接法灵敏度分析
3.6.2 伴随法灵敏度分析
3.7 惩罚项
3.8 平稳随机激励作用下声结构耦合系统的拓扑优化设计流程
3.9 数值算例
3.9.1 平稳随机激励下板腔耦合系统的灵敏度分析
3.9.2 单点平稳随机激励下拓扑优化设计
3.9.3 不同重量约束下拓扑优化设计
3.9.4 针对不同参考点的拓扑优化设计
3.9.5 双约束条件下拓扑优化设计
3.9.6 惩罚项的影响
3.9.7 两点平稳随机激励下拓扑优化设计
3.10 本章小结
4 非平稳随机激励下声结构耦合系统的响应分析
4.1 引言
4.2 基于虚拟激励法的声结构耦合系统的非平稳随机响应分析
4.2.1 模态空间中的声结构耦合系统方程
4.2.2 单点均匀调制演变随机激励下声结构耦合系统响应分析
4.2.3 多点均匀调制演变随机激励下声结构耦合系统响应分析
4.3 精细积分法
4.3.1 动力方程的精细积分法
4.3.2 指数矩阵的精细计算
4.3.3 精细积分法的常用格式
4.4 数值算例
4.4.1 均匀调制演变随机激励下板腔耦合系统的声学响应分析
4.4.2 均匀调制演变随机激励下轿车车厢的声学响应分析
4.5 本章小结
5 非平稳随机激励下声结构耦合系统的灵敏度分析与拓扑优化
5.1 引言
5.2 非平稳随机激励下声结构耦合系统拓扑优化设计模型
5.3 非平稳随机激励下声结构耦合系统灵敏度分析
5.3.1 直接法灵敏度分析
5.3.2 伴随法灵敏度分析
5.4 非平稳随机激励下声结构耦合系统的拓扑优化设计流程
5.5 数值算例
5.5.1 单点激励下方形板的拓扑优化设计
5.5.2 多点激励下长方形板的拓扑优化设计
5.6 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3783605
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