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约束阻尼板的渐进法结构减振拓扑动力学优化

噪声与振动控制 2016年第1期36卷 15-20页

作者：贺红林陶结袁维东肖智勇南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

旨在为结构减振设计奠定一定基础,研究约束阻尼板减振优化问题。建立约束阻尼板动力学平衡方程,推导模态损耗因子计算模型。构建以模态损耗因子最大为目标,黏弹性材料用量及模态频率变动最小为约束的阻尼板拓扑优化数学模型,推导模态损... 详细信息

旨在为结构减振设计奠定一定基础,研究约束阻尼板减振优化问题。建立约束阻尼板动力学平衡方程,推导模态损耗因子计算模型。构建以模态损耗因子最大为目标,黏弹性材料用量及模态频率变动最小为约束的阻尼板拓扑优化数学模型,推导模态损耗因子灵敏度算式。引入渐进结构优化方法对约束阻尼板动力学优化模型进行求解,采用独立网格滤波技术,解决优化迭代中出现的棋盘格问题。编制阻尼板拓扑优化程序,实现约束阻尼板减振优化。仿真显示,与非优化删除方法相比,采用渐进拓扑动力学优化,更有利于实现黏弹材料优化布局,且模态频率变化比较稳定。对阻尼结构进行谐响应分析,以验证拓扑优化方法有效性,引入模态损耗因子体积密度指标以评价阻尼板减振拓扑优化性能。研究表明,若能实现结构模态损耗因子最大化,约束阻尼板减振效果明显。该方法对于约束阻尼板设计具有较强实用性,拥有较高的稳定性。

关键词：振动与波约束阻尼板模态损耗因子棋盘格动力学优化

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平行分度凸轮机构动力学优化

机械设计 2005年第Z1期22卷 87-88页

作者：苗淑静韩晓玲白胜内蒙古工业大学机械学院内蒙古呼和浩特010062 内蒙古工业大学机械学院内蒙古呼和浩特010062 内蒙古工业大学机械学院内蒙古呼和浩特010062

本文对平行分度凸轮机构进行动力学优化,以动力响应偏差为目标函数建立优化数学模型,以实例验证所建优化模型的正确性,并为分度机构多自由度动力学综合奠定了理论基础.

关键词：平行分度凸轮动力学优化模型

基于Nastran动力学优化的频响函数模型修正方法

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导弹与航天运载技术 2010年第3期 39-42,47页

作者：高庆王建民王晓晖荣克林北京强度环境研究所北京100076

在MSC.Nastran的动力学优化设计功能的基础上,采用加速度频响函数的模型修正方法,以频响函数试验结果为目标函数,以结构参数为设计变量,在某双星系统有限元模型基础上构建优化模型,进行动力学优化设计,达到修正模型的目的。优化后模型... 详细信息

在MSC.Nastran的动力学优化设计功能的基础上,采用加速度频响函数的模型修正方法,以频响函数试验结果为目标函数,以结构参数为设计变量,在某双星系统有限元模型基础上构建优化模型,进行动力学优化设计,达到修正模型的目的。优化后模型分析结果无论是共振频率还是幅值均与试验数据吻合很好,并且模型修正的过程简单,实用性强,具有广阔的工程应用前景。

关键词：动力学优化加速度频响函数模型修正

考虑成形力的单道次定模动辊机电系统动力学优化

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考虑成形力的单道次定模动辊机电系统动力学优化

作者：陈卓北方工业大学

学位级别：硕士

定模动辊变截面成形机在板料加工过程中的振动和冲击,对加工零件的成形质量产生直接的影响。为了提高加工精度,对定模动辊变截面成形机进行系统动力学优化十分必要。针对这一问题,本课题以定模动辊变截面辊弯成形机第一道次为研究对象,... 详细信息

定模动辊变截面成形机在板料加工过程中的振动和冲击,对加工零件的成形质量产生直接的影响。为了提高加工精度,对定模动辊变截面成形机进行系统动力学优化十分必要。针对这一问题,本课题以定模动辊变截面辊弯成形机第一道次为研究对象,分析第一道次加工过程中动力学特性,确定需要改善的系统性能指标,并采用改良后的量子粒子群优化算法对该机电系统进行动力学优化。首先对机械结构整体进行研究。分析各部分运动的组成,并基于能量原理建立第一道次定模动辊变截面成形能量守恒方程。通过对当前实验样机进行动力学分析,判断实验样机需要优化的运动性能,确定以大机架沿向运动加速度最大值为优化对象。然后选择量子粒子群优化算法对定模动辊变截面成形机电系统进行动力学优化,针对优化过程中存在的算法容易过早收敛到局部最优解的问题进行改进,并对改进后的算法搜索性能分析验证。最后使用改良后的量子粒子群优化算法实现对研究对象再一次优化,获得经过优化的定模动辊变截面成形机电系统运动图像。通过优化前后加速度图像对比,优化后大机架沿向运动过程中加速度最大值显著减小并在前时间内加速度变化更加平稳,证明了通过机电系统动力学优化后,变高度定模动辊变截面成形机的机电系统动态性能显著提升。

关键词：定模动辊机电系统量子粒子群算法动力学优化

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共轴刚性旋翼动力学优化设计方法研究

共轴刚性旋翼动力学优化设计方法研究

作者：王晨瑛南京航空航天大学

学位级别：硕士

共轴刚性ABC旋翼技术突破了传统直升机的速度限制,实现了高速飞行。本文主要针对共轴刚性ABC旋翼存在的变转速条件下的调频困难、振动载荷较大、疲劳强度等突出问题,开展共轴刚性ABC旋翼动力学综合优化方法研究,主要研究内容如下:(1)根... 详细信息

共轴刚性ABC旋翼技术突破了传统直升机的速度限制,实现了高速飞行。本文主要针对共轴刚性ABC旋翼存在的变转速条件下的调频困难、振动载荷较大、疲劳强度等突出问题,开展共轴刚性ABC旋翼动力学综合优化方法研究,主要研究内容如下:(1)根据刚性旋翼桨叶载荷特征、模态特点及无铰式旋翼的边界条件,采用变密度法对桨叶剖面进行拓扑分析,以桨叶柔度最小为目标,重心及体积分数为约束,最终以剖面总比刚度最大为衡量指标,得到刚性无铰式旋翼桨叶剖面最优构型。针对此构型,提出了参数化建模方法,改进了参数化模型中蒙皮跨台阶问题。本文编写了从参数化建模、有限元网格自动剖分流程控制、剖面特性计算、应力应变计算等整个流程的计算程序;最后,以多个剖面为算例进行了验证,剖面特性分析与最大应力/应变误差均小于3%,说明本文方法计算准确、可靠。(2)基于CAMRAD II软件针对共轴刚性旋翼高速直升机建立全机动力学模型,包括旋翼气动/结构模型和机体模型,选择合理的配平方法与操纵策略。并将CAMRAD II与模态修型法结合提出一种混合方法,为本文动力学优化提供气动载荷和振动载荷分析。以XH-59A直升机旋翼和某模型旋翼为算例,验证了变转速下共轴刚性旋翼的固有特性以及桨叶结构振动载荷计算的可靠性。(3)本文建立了变转速条件下动力学调频-减振优化的两级策略,编程实现了整个优化流程,并在模型ABC旋翼设计中获得应用。通过优化,实现了共轴刚性模型旋翼变转速优化调频与振动载荷最小的目标,同时满足了强度与气弹稳定性等约束。得到了共轴刚性模型旋翼桨叶剖面特性的展向优化分布方案、复合材料桨叶剖面结构的最优设计参数方案。

关键词：直升机共轴刚性旋翼动力学优化参数化建模调频减振振动载荷

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平缝机刺布挑线机构的动力学优化

噪声与振动控制 2013年第2期33卷 91-94,100页

作者：刘亚辉杨华周长江湖南大学车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082 湖南大学机械与运载工程学院长沙410082

工业平缝机是缝制行业应用最为广泛的装备之一,其刺布挑线机构对整机的振动与冲击影响较大,对该机构进行优化有助于整机的减振降噪。建立了平缝机刺布挑线机构的虚拟样机模型,对其进行动力学分析。基于部分平衡理论,以针杆曲柄处最大惯... 详细信息

工业平缝机是缝制行业应用最为广泛的装备之一,其刺布挑线机构对整机的振动与冲击影响较大,对该机构进行优化有助于整机的减振降噪。建立了平缝机刺布挑线机构的虚拟样机模型,对其进行动力学分析。基于部分平衡理论,以针杆曲柄处最大惯性力最小为优化目标,建立优化数学模型,通过改变构件的质心坐标位置及质量等参数来实现机构惯性力的最佳平衡。试验表明该优化方法具有一定的可信度,部分平衡法应用于解决如高速平缝机等复杂机械系统的振动和噪声有一定的参考价值。

关键词：振动与波工业平缝机刺布挑线机构部分平衡针杆曲柄动力学优化

地铁车辆主动径向转向架控制策略及动力学优化研究

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地铁车辆主动径向转向架控制策略及动力学优化研究

作者：肖权益西南交通大学

学位级别：硕士

对地铁车辆而言,直线稳定性和曲线通过性之间始终存在着矛盾,而采用传统转向架已不能满足进一步提高车辆动力学性能的要求。为了解决这一问题,以及降低轮轨磨耗,研究一种既能保证直线稳定性,又能改善曲线通过性的径向转向架十分必要。因... 详细信息

对地铁车辆而言,直线稳定性和曲线通过性之间始终存在着矛盾,而采用传统转向架已不能满足进一步提高车辆动力学性能的要求。为了解决这一问题,以及降低轮轨磨耗,研究一种既能保证直线稳定性,又能改善曲线通过性的径向转向架十分必要。因此,本文对主动径向转向架开展控制策略及动力学优化研究,主要研究工作如下:（1）对比分析了传统、自导向和迫导向三种常规转向架的导向机理,并研究了其线路适应性。结果表明:自导向转向架适用于大半径曲线,但存在着高锥度稳定性不足的问题;迫导向转向架可适用于小半径曲线,但存在着低锥度失稳问题;采用常规径向转向架并不能完全兼顾直线稳定性和曲线通过性,因此有必要研究适应能力更好的主动径向转向架。（2）分析了主动径向转向架的导向机理,完成了主动径向转向架的方案选型,设计了含前馈补偿的闭环控制器,建立了主动径向转向架联合仿真模型,从理论角度研究了基于冲角的径向线控制策略和基于纵向蠕滑力的纯滚线控制策略,从工程实用角度研究了基于二系回转角和线路信标的相对摇头角控制策略,对比论证了工程控制策略的可行性,并分析了主动径向转向架的线路适应性。研究结果表明:采用不同控制策略均可以显著改善冲角和磨耗;与常规径向转向架相比,主动径向转向架导向性能更好且可以适应各种曲线工况。（3）提出了一种基于全局灵敏度和自适应遗传算法的主动径向转向架动力学优化方法。首先,定量识别了悬挂参数对主动径向转向架动力学指标的敏感程度。之后,利用自适应小生境遗传算法针对高敏感参数进行了多目标优化。最后,对比了优化前后主动径向转向架的动力学性能。研究结果表明:提出的优化方法可以较好地实现轮轨与悬挂参数的合理匹配;与传统转向架相比,优化后的主动径向转向架直线横向平稳性、垂向平稳性以及乘坐舒适度分别可以改善约12%、9%与24%;以均衡速度通过半径500 m曲线时,优化后的轮轴横向力、脱轨系数和磨耗功分别可以改善约30%、65%与90%。

关键词：地铁车辆主动径向转向架控制策略动力学优化自适应遗传算法灵敏度分析

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结构声学灵敏度与结构动力学优化

结构声学灵敏度与结构动力学优化

作者：杜磊华中科技大学

学位级别：硕士

传统的声学设计方法,往往是设计结构参数时,考虑声振性能不够,而更注重用贴敷阻尼材料、增加局部刚度、隔振、隔声等被动减振降噪技术处理,反复的实验和修改将造成设计和使用的成本增加,并且延长了设计周期。声学结构灵敏度是指声学参... 详细信息

传统的声学设计方法,往往是设计结构参数时,考虑声振性能不够,而更注重用贴敷阻尼材料、增加局部刚度、隔振、隔声等被动减振降噪技术处理,反复的实验和修改将造成设计和使用的成本增加,并且延长了设计周期。声学结构灵敏度是指声学参量对结构设计变量的导数,它表示了结构设计变量对声学参量的影响程度,因此有效的减振降噪方法是在设计之初就开展结构声辐射计算和声学—结构设计灵敏度分析(ADS),使设计人员能够了解怎样修改结构设计变量可以最有效地抑制结构振动及其辐射噪声,从而满足设计要求。另外对结构进行动力学优化,使结构固有频率避开振动敏感的频段,对优化结构的振动性能也具有很大的帮助。本文的主要工作包括:以有限元、边界元理论为基础,推导了声压、声功率结构声学灵敏度的计算公式。在结构频率响应分析的基础上,计算外肋圆柱壳振动速度对结构参数的灵敏度,然后将模型单元、节点参数文件以及振动速度的计算结果导入边界元软件,得到声学物理量对外肋圆柱壳厚度、肋骨高的灵敏度,并验证计算结果的可信度。分别用梯度法和马氏田口法对结构的固有频率进行了动力学优化。

关键词：结构声学灵敏度动力学优化离散变量优化

考虑制造性约束的纤维增强复合材料框架结构动力学优化设计

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考虑制造性约束的纤维增强复合材料框架结构动力学优化设计

作者：王靖元大连理工大学

学位级别：硕士

如今,航空航天等领域对结构的轻量化设计愈发重视,由碳纤维增强复合材料缠绕而成的框架结构以其优越的材料、结构性能受到越来越广泛的应用,本文基于结构与材料多尺度优化的概念,以结构固有频率为约束,考虑制造性约束,对纤维增强复合材... 详细信息

如今,航空航天等领域对结构的轻量化设计愈发重视,由碳纤维增强复合材料缠绕而成的框架结构以其优越的材料、结构性能受到越来越广泛的应用,本文基于结构与材料多尺度优化的概念,以结构固有频率为约束,考虑制造性约束,对纤维增强复合材料框架结构进行结构/材料一体化优化设计。基频约束下复合框架结构的拓扑优化设计中,当考虑以梁的横截面积作为设计变量时,优化问题的可行域由多个不连通的子域组成,而拓扑优化问题的全局最优解往往位于退化的低维子域端点上,基于梯度信息的优化算法难以找到理想的优化解。本文通过推导复合材料圆管模型的等效刚度,将各向同性材料框架结构中解决动力奇异性问题的PLMP(PoLynomial Material interPolation)方法引入复合材料框架优化中,并针对其的局限性,提出了改进的优化求解策略,解决了传统算法中,优化问题的基频约束下限值受限于PLMP参数大小的困难,增大了基频约束的取值范围。建立了以宏观面积作为设计变量,基频为约束,结构质量为目标函数的纤维增强框架结构优化模型。考虑以纤维缠绕角度为微观设计变量,采用实际工程中常用的[0°,45°,-45°,90°]为四种备选缠绕角度,同时考虑纤维增强复合材料铺层设计中的关键制造性约束,如连续性约束,10%约束,平衡约束,破坏容忍度约束,对称性约束等,在宏观上,采用改进的PLMP求解策略,以复合材料管件横截面积作为设计变量,在微观上,采用离散复合材料DMO(Discrete Material Optimization)方法,以离散纤维缠绕角度为微观设计变量,实现了基频约束下的复合材料框架结构的轻量化设计。优化结果表明,改进的PLMP优化求解策略可以有效地有效的解决基频约束下复合材料框架结构中的奇异性困难,与传统尺寸优化相比,删去多余管件,消除优化迭代过程中的不稳定现象,有效地实现了复合材料框架结构的拓扑优化。同时,在宏观优化变量中考虑制造工艺,以管件横截面积的选择作为宏观离散设计变量,建立了宏微观均考虑制造性约束的多截面多材料复合材料框架结构一体化优化模型,以结构基频为约束,以最小结构质量为目标函数开展了优化设计,在优化中采用了不同的惩罚策略,比较了不同惩罚参数对优化结果的影响。

关键词：复合材料框架结构材料/结构一体化制造性约束奇异最优解动力学优化