基于GA-BPNN代理模型的混合式黏滞阻尼器构造优化

作     者：林拥军 陈皓 郭松 LIN Yongjun;CHEN Hao;GUO Song

作者机构：西南交通大学土木工程学院成都610031 

出 版 物：《振动与冲击》 (Journal of Vibration and Shock)

年 卷 期：2024年第43卷第9期

页      面：249-260,290页

核心收录：

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 081402[工学-结构工程] 0815[工学-水利工程] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：四川省自然科学基金(2022NSFSC0430) 国家自然科学基金(51778532) 

主　　题：代理模型 黏滞阻尼器 构造参数优化 耗能性能 CFD数值模拟 

摘      要：采取CFD(computational fluid dynamics)数值模拟和基于代理模型的优化方法,研究混合式黏滞阻尼器在多参数设计空间内的构造参数优化问题。首先,分析黏滞阻尼器参数对力学性能的影响规律,基于正交试验理论选取间隙宽度、缸体内径、活塞厚度、阻尼孔直径为关键参数,利用优化拉丁超立方设计和CFD数值模拟获得初始样本点耗能性能指标;然后,使用遗传算法(genetic algorithm,GA)和反向传播神经网络(backpropagation neural network,BPNN)的方法构建代理模型,其能够准确反映构造参数耗能性能指标和构造参数之间的繁复关系。进一步地,循环更新GA-BPNN代理模型并结合非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-II,NSGA-II),以最佳耗能能力为目标,实现在全设计空间内的寻优,确定在典型阻尼介质黏度下双出杆混合式黏滞阻尼器的最优构造参数。最后,探讨了构造参数对黏滞阻尼器流动性能的影响机理。研究结果表明,优化双出杆混合式黏滞阻尼器构造参数在选用基于GA-BPNN代理模型的优化方法时,可有效提高计算效率且具有较高预测精度。从性能指标提升角度,全黏度下最优构造参数阻尼孔直径、活塞厚度、缸体内径和间隙宽度分别为1.31 mm、120.78 mm、199.87 mm、0.5 mm,相较于基准构造,最大阻尼力和能量耗材比分别提升33.8%和64.8%。该方法可为黏滞阻尼器构造参数优化及相关研究提供参考。