板壳结构加强筋仿叶脉分布声辐射优化研究

摘要

板壳结构有着优异的传力性能，在航空航天、船舶工业和汽车制造等领域得到了广泛的应用。但是板壳结构一般都具有刚度较小，挠度较大，稳定性较差，易产生振动噪声等缺陷，通常选择在板壳上进行加筋处理，以降低结构的振动及声辐射。目前关于板壳结构加强筋分布布局的研究大多针对静力和模态特性展开，而针对动态响应如振动声辐射等的研究相对较少。本文在分析植物叶脉脉序形态规律的基础上，利用叶脉脉序的形成机理进行板壳结构加强筋仿叶脉分布的声辐射优化，使加强筋的布局更为合理。
　　首先，对结构振动的有限元和声辐射理论进行了分析和推导，建立了薄板加筋结构振动的有限元模型和声辐射模型，并通过编程进行了算例验证。其次，分析了植物叶脉脉序形态规律并总结了加强筋仿叶脉分布方法的原理，提出了加强筋仿叶脉布局的声辐射优化算法，依据叶脉的分布特点和生长规律对算法中各个概念进行了定义并确定了脉序的生长准则和算法的优化流程，将优化算法在算例中进行了应用。第三，为了提高算法的优化效率，分析了算法中关键参数的设置对布局优化结果的影响，确定了各关键参数的选择方法，将灵敏度分析引入布局优化算法中，结合算法参数的设置优化提出了改进的优化算法实现流程，重新对四边固支方板进行了布局设计，然后对比分析了改进前后的结果，将改进的优化算法应用于不同边界条件及载荷下薄板的加强筋布局优化设计中。最后，考虑到对能量的输入以及能量在结构中的分布进行分析和合理控制能够有效的降低结构的振动与声辐射量级，本文建立了功率流的模型并以数值算例进行了验证，分析了加筋薄板的各种参数对输入功率流的影响，并利用结构声强理论对由薄板加强筋仿叶脉分布声辐射优化算法得到的不规则加筋结构中振动能量的传输、分布的规律进行了研究。
　　通过以上针对振动声辐射的加强筋布局优化研究和对加筋板结构中振动能量传递、分布规律的研究，证明了本文所提出的方法能够在实现结构轻量化的同时更为有效地降低结构振动的声辐射，并且布局结果适于加工，可以应用于实际工程中的一些板壳结构。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第2章 加筋板结构振动的理论基础

2.1 引言

2.2 结构振动的有限元理论

2.3 结构振动的声辐射理论

2.4 本章小结

第3章 基于声辐射的薄板加强筋仿叶脉布局优化算法

3.1 引言

3.2 加强筋仿叶脉分布方法的原理

3.3 声辐射优化算法

3.4 数值算例与分析

3.5 本章小结

第4章 改进的仿叶脉布局声辐射优化算法

4.1 引言

4.2 算法参数优化

4.3 加强筋生长的灵敏度分析

4.4 改进的优化算法

4.5 数值算例与分析

4.6 本章小结

第5章 薄板加筋结构的振动功率流研究

5.1 引言

5.2 结构振动功率流

5.3 加筋薄板功率流特性影响因素

5.4 加筋薄板的结构声强特性

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢