采用响应面法的复合板结构噪声优化设计

针对复合材料层合板结构出现的噪声问题,将响应面法RSM(Response Surface Method)与遗传优化算法相结合,提出一种降低复合材料层合板声压级的优化方法。该方法基于四边形复合材料层合板结构建立有限元分析模型,通过三因子试验设计点设计试验计划表,结合最小二乘法构建复合材料层合板声压级的2阶响应面近似模型。以影响层合板噪声的显著因子为设计变量,层合板的声压级为设计目标,采用遗传算法对响应面近似模型进行优化,结果表明,使用该方法对复合材料层合板的噪声特性进行分析,可明显提高优化效率并为工程实际提供参考。     

结构-声场耦合系统声压响应优化设计研究

为了减小结构振动产生的噪声,基于结构-声场耦合有限元模型,对其在简谐力激励下的声响应进行了计算。在此基础上,以结构厚度为设计变量,保持结构重量相对不变并以设计变量的上、下限为约束,以设计域点在各频率响应声压平方和的平方根为目标函数,对其进行了优化设计研究。用软件N astran计算声响应及声敏度,基于iS IGHT对N astran的集成用可行方向法实施了优化。以一矩形板结构-立方体声场耦合系统为实例,得到了优化的结构厚度分布。优化后,设计域点的峰值声压级均有不同程度的降低,声压级降低最大值达32.8dB。结果表明声压响应优化设计,在保持结构重量相对不变的情况下,通过对结构重量的重新分布能达到较明显的降噪效果。     

轿车车身结构噪声性能分析与优化研究

随着汽车工业的发展和人们对汽车舒适性的要求越来越高，在轿车车身设计中，运用有限元法来进行结构优化以严格控制噪声性能是一种非常有效的方法。以某型SUV车为例，建立车身及乘坐室声腔的有限元模型，并与刚度实验对比验证模型的正确性，通过频率响应分析得到车内噪声等级以及噪声的频率分布特性。以车内噪声最小化为优化目标函数，车身质量为约束条件，通过车身壁板贡献度分析确定优化设计变量，进行车身关键零件的优化改进，使白车身内两个峰值噪声分别降低了5．1dB和3．6dB，为今后开展轿车车身噪声研究提供可借鉴的方法。     

以减轻重量为目标的索网桁架式可展开太空天线结构的优化设计

针对索网桁架式可展开天线的结构特点和性能要求,对其结构初始设计进行了优化研究.选取天线的桁架单元壁厚和索单元半径为设计变量,并对不同类型的设计变量进行了合理的归并,继而以结构重量为优化目标,以表面精度和基频为约束条件,建立了优化设计数学模型.考虑到索网结构有限元分析给计算带来的非线性和复杂性,使用序列二次规划法对模型求解,并给出了相关动力特性的敏度分析.通过算例分析可知,采用上述优化计算方法可以在保证天线工作性能的前提下有效地降低结构的重量,同时由优化迭代过程中约束函数值的变化情况可知,在一定范围内减小桁架单元壁厚和增大索单元半径,可以有效地提高天线表面精度和改善结构动力性能.     

基于模态灵敏度分析的客车车身优化

针对提高国产某轻型客车的乘坐舒适性,解决车内振动和噪声剧烈问题,本文首先基于有限元仿真和道路试验的阶次跟踪方法进行振动和噪声原因分析,所确定的原因为轮胎激励引起的车身结构共振。为避免共振,以白车身钣金件和骨架的厚度为设计变量,以提高白车身前两阶固有频率为目的,用模态灵敏度理论对白车身进行优化设计和灵敏度分析。然后结合各钣金件和骨架的模态灵敏度和质量灵敏度,设计最优的改进方案并进行试验分析。对比优化前后的试验结果,验证了该优化方案的有效性与合理性。     

基于响应面法的刀口金属密封结构优化设计

以有限元数值模拟为手段,通过一阶响应面建模,确定了满足密封判据的刀口金属密封结构设计参数的范围。采用均匀设计,建立了以设计参数为变量,以有效密封面宽、最大接触应力为响应的二阶响应面模型,并利用多目标优化方法和遗传算法,对响应面模型进行了优化求解,得到了优化的设计参数组合。有限元验证结果显示,优化后的密封结构具有更好的密封性能。     

内燃机结构冲压件的低噪声设计研究

为了降低发动机结构冲压件的辐射噪声,运用形貌优化的方法,提高结构刚度来达到降噪的目的。以某发动机油底壳为研究对象,建立了薄壁结构的有限元实体模型。以某阶固有频率的最大化为设计目标,寻找最佳的加强肋分布,以及最小肋宽和起肋角,以提高结构刚度,减小其表面辐射噪声。同时,在形貌优化结果的基础上,结合冲压结构加工工艺性要求提出了改进方案。     

基于Ansys的注塑机前模板结构参数优化设计

目的寻求注塑机前模板加强筋最佳设计参数。方法在Pro/E和Ansys Workbench软件的协同环境下,运用Pro/E参数-关系模块,以注塑机前模板加强筋结构尺寸为设计参数,建立前模板等质量模型,并运用Workbench有限元静力学分析模块和参数设计模块,迅速计算出前模板力学参数在加强筋结构尺寸取一系列给定值时的对应值,从而得到加强筋结构变化对目标变量的影响关系。最后从what-if分析中,确定在设计变量取值范围内前模板最佳设计参数。结论通过模拟试验得出,优化后的模板与原始设计相比,最大应力减小了10.9%,最大变形也相应减小,这为前模板的优化设计提供了模板加强筋的设计要点。     

油烟机壳体的振动响应优化设计

为了降低油烟机壳体振动产生的噪声,基于油烟机壳体有限元模型,计算壳体在电机激励下的振动响应。在此基础上,以壳体四个部分的厚度为设计变量,保持壳体质量不超过原壳体质量,以壳体上四个敏感点的质点振速峰值为目标函数,对其进行了优化设计研究。利用商业软件Nastran 计算质点振速,基于DOE 方法利用iSIGHT-FD 对壳体厚度进行优化,得到了优化的结构厚度。优化后,设计域各点的质点振速峰值均有不同程度的降低,振动速度级降低最大值达到8.2dB。结果表明,在保持吸油烟机壳体质量不增加的情况下,通过改变壳体四个部分的厚度可以达到降低辐射噪声的效果。     

基于拓扑优化的结构加强筋布局降噪方法研究

基于变密度拓扑优化方法,提出了通过优化加强筋布局来降低谐振结构辐射声功率的策略。优化中将加强筋单元的伪密度作为设计变量,约束为加强筋质量上限,所用寻优算法为移动渐近线(MMA)系列算法中的MMA-GC-MMA混合算法。对结构的振动响应使用有限元方法求解,对声辐射使用边界元方法求解,并在此基础上分析了目标函数对设计变量的灵敏度。以加筋箱体为例进行优化,验证了所提方法在降噪设计中的可行性和有效性,并对结果进行了讨论。     

基于响应面法的结构动力学模型修正

为了获得精确的结构动力学模型,提出了响应面和优化相结合的方法。利用参数化模型和优化拉丁方试验设计获取样本点构造多项式响应面模型,最小二乘法确定多项式系数并检验响应面的拟合精度。用响应面计算结果与实验结果的误差构造目标函数,自适应模拟退火算法来优化修正响应面参数,将修正后的参数值带入有限元模型得到修正模型。以欧洲航空科技组织的基准模型GARTEUR飞机模型为算例,对比修正前后模态频率,结果表明修正后的模型在测试频段和预测频段具有良好的复现和预测能力,进而验证了基于响应面法与优化方法相结合的结构动力学有限元模型修正的有效性。     

微型电动轿车驾驶室内的低频噪声分析

摘 要： 针对某微型电动轿车驾驶室内低频噪声问题,采用有限元法计算轿车声腔声学模态,并通过模态叠加法预测驾驶室内的声学响应频响函数。进行整车的振动噪声试验,得出驾驶室内的噪声及主要测点的振动瀑布图,一定程度上佐证仿真的结果。为降低噪声辐射面板振动,运用边界元法计算车身主要板件对驾驶室内声压测点的声学贡献度,提出在板件表面粘贴阻尼片的方法,并用声固耦合方法对粘贴阻尼片后驾驶员耳边声压级进行计算,计算结果表明改进后驾驶室内噪声得到显著降低。     

某型高压油泵壳体表面辐射噪声特性研究

采用有限元与边界元联合求解的方法对高压油泵壳体表面辐射噪声特性进行研究。利用Pro/E软件建立了高压油泵壳体三维模型,利用Abaqus软件求解其表面振动响应,把其结果作为在Virtual.Lab Acoustics软件中边界元求解辐射声场时的边界条件,并分析了对整体表面辐射噪声声功率贡献较大的部位,计算结果与试验结果吻合较好,表明该方法可行性高,并为后续高压油泵结构的改进设计提供了参考。     

拓扑优化技术在缸盖罩低噪声设计中的应用

以某柴油机缸盖罩为例,详细介绍了结合多体动力学,有限元法,边界元法以及拓扑优化技术的零部件低噪声设计流程。首先将整机多体动力学分析得到的缸盖罩螺栓处的位移响应作为激励,对其进行有限元强迫响应分析,得到缸盖罩节点的位移场,此结果作为边界元法声场分析的输入边界计算缸盖罩的辐射声功率及近场声强分布,与实测声强分布的吻合说明此方法的可行性,同时指明了对噪声贡献大的部位;利用Optistruct提供的拓扑优化技术,得到了降低辐射噪声的优化结构,优化后的缸盖罩总体声功率降低了3．5dB。     

低压母线系统振动与声辐射特性分析

采用有限元与边界元法,以某型号母线桥为例,对低压大电流母线设备正常运行中噪声偏大的问题进行研究。建立母线桥有限元结构分析及边界元声学分析的三维模型。在求解系统固有频率及振型的基础上,应用有限元法完成了母线桥结构振动响应的数值计算。然后,将母线桥外表面的节点振动位移作为声学边界条件,采用边界元法计算了母线桥的辐射噪声特性,得到母线桥辐射声场的分布规律,确定系统中主要振源和声源的部位。根据分析结果提出了结构改进方法,计算和实验结果表明该方法控制噪声的可行性和有效性。     

内燃机噪声优化对车内声学的影响研究

提出了内燃机结构辐射噪声的仿真与优化方法,评价了内燃机噪声优化前后车内噪声的变化。建立了内燃机和前围板的有限元模型,通过模态分析验证了模型的精度。采用柔性多体动力学方法计算了内燃机的振动响应,并结合边界元算法得到了结构辐射噪声。完成了机体的结构优化,通过提升刚度使整体模态频率与激励峰值频率分离,从而降低机体结构响应,减小辐射噪声。搭建了内燃机与前围板的声学耦合模型,计算得到经机体结构优化前后的内燃机辐射噪声通过前围板后进入车内的声功率。结果显示,机体的优化方案大幅降低了其辐射噪声,从而减小了整机的辐射噪声。研究内燃机噪声与车内噪声的传递路径后,发现车内噪声有了明显的下降,从而证实了优化设计的可行性和有效性。     

结构声辐射有限元/边界元法声学-结构灵敏度研究

声学-结构灵敏度用于预测结构辐射声压随结构设计变量的变化,该值对结构降噪设计有重要意义。提出了基于有限元法、边界元法的声学-结构灵敏度计算方法。基于有限元法计算结构动力学响应及响应速度灵敏度,基于边界元法计算结构辐射声压及声压对振动速度灵敏度。将两个灵敏度联合,得到声学-结构设计灵敏度。以中空六面体为研究实例,给出了激励频率为1~100 H z时,外场声压对壳厚度的灵敏度,并分析了灵敏度随激励频率、设计变量的变化规律。结果表明,基于有限元法、边界元法的声学-结构灵敏度是有效和正确的。     

Meshless approach to shape optimization of linear thermoelastic solids

This paper presents a formulation for shape optimization in thermoelasticity using a meshless method, namely the element‐free Galerkin method. Two examples are treated in detail and comparisons with previously published finite element analysis results demonstrate the excellent opportunities the EFG offers for solving these types of problems. Smoother stresses, no remeshing, and better accuracy than finite element solutions, permit answers to shape optimization problems in thermoelasticity that are practically unattainable with the classical FEM without remeshing. For the thermal fin example, the EFG finds finger shapes that are missed by the FEM analysis, and the objective value is greatly improved compared to the FEM solution. A study of the influence of the number of design parameters is performed and it is observed that the EFG can give better results with a smaller number of design parameters than is possible with traditional methods. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于统计分析技术的有限元模型修正研究

采用统计学的方差分析和回归分析技术研究模型修正的有关问题,主要包括基于方差分析的参数筛选、基于回归分析的响应面拟合和利用响应面进行模型修正三个方面。目前工程上采用的基于灵敏度分析的参数挑选方法根据参数在某设计点处的灵敏度进行挑选,而基于方差分析的参数筛选是从全局的角度,在整个设计空间上挑选对特征量有显著影响的设计参数。基于响应面的修正方法,首先在参数的整个设计空间范围内利用回归分析技术,以显式的响应面模型逼近特征量与设计参数间复杂的隐式函数关系,然后在其基础上进行迭代修正。提出的方法不但可以应用于线性、低频等现有的模型修正方法适用的范围,而且易于推广到非线性、冲击等现有修正方法较少涉及的领域。此外,现有的方法由于每次迭代都需要调用有限元分析软件进行计算,在缺少软件接口的情况下,较难实现工程应用。这种方法只在准备样本数据时需要进行有限元分析,修正过程中无需调用,因而利于工程应用。GARTEUR飞机模型有限元模型的修正结果验证了方法的有效性