形状优化与有限元网格重构研究

摘要

随着现代工业化程度的迅猛发展，噪声污染日趋严重，结构振动是噪声的主要来源之一，结构声学特性优化设计可以降低噪声，而通过改变形状降低噪声是一种重要的方法。如何用较少的设计变量控制和描述复杂形状的变化，在优化过程中保证重构的有限元模型不发生畸变，采用何种优化算法可以方便的将声学特性作为目标函数进行形状优化等，都是形状优化中的关键问题。针对这些难点，本文以结构声辐射功率为目标函数，通过基本形状向量的权系数描述和控制结构形状，参数化建模进行网格重构，利用遗传算法优化复杂结构。具体研究工作如下：　　(1)介绍了形状优化理论及其数学模型，阐述了基本形状向量法理论，并对该算法独立性检查、结构内部从属变动和生成技术等一些核心问题进行了研究。　　(2)对形状优化过程中新结构有限元网格重构问题，引入参数化建模的概念，建立基于基本形状向量法的有限元网格重构APDL语言程序，用实例验证了程序的正确性。　　(3)本文使用遗传算法进行优化，阐述了该算法中的核心操作理论，给出编程中所需设置参数的选取准则，并完成遗传算法Matlab编程。　　(4)本文目标函数为结构声辐射功率，采用波叠加法编程计算，为此研究了波叠加法理论，并通过实例与边界元法进行对比，验证其正确性。对几何平板、复杂曲面和封闭箱体进行了声辐射形状优化，效果非常明显。　　(5)为了将本文方法应用于实际电机声学特性优化中，建立了电机有限元模型，通过试验模态与仿真模态对比验证其正确性，进行了电机振动响应分析和辐射噪声计算，分析知盖板对电机噪声贡献较大，利用本文提出的结构声辐射形状优化设计对其进行了优化。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题的来源与研究目的

1.2 国内外研究现状

1.3 目前研究存在的问题

1.4 本论文的主要研究目标、内容和技术路线

1.5 本章小结

第2章 基本形状向量法理论及关键问题

2.1 引言

2.2 形状优化设计过程

2.3 基本形状向量法基本原理

2.4 基本形状向量关键问题

2.5 基本形状向量生成技术

2.6 算例验证

2.7 本章小结

第3章 有限元网格重构

3.1 引言

3.2 参数化概述

3.3 APDL编程语言

3.4 数值算例

3.5 本章小结

第4章 遗传算法基本理论及Matlab程序编制

4.1 引言

4.1 遗传算法术语

4.2 基本遗传算法工作原理

4.3 遗传算法Matlab编程

4.4 本章小结

第5章 基于波叠加法的结构声辐射形状优化研究

5.1 引言

5.2 波叠加法理论

5.3 边界元法验证波叠加法

5.4 形状优化数值算例

5.5 本章小结

第6章 电机噪声预测及声辐射形状优化

6.1 引言

6.2 电机整机建模及模态分析

6.3 电机振动响应分析

6.4 电机辐射噪声计算

6.5 电机盖板声辐射形状优化

6.6 本章小结

第7章 总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献