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《结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集》2009年
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基于声学准则的阻尼材料分布优化设计

杜建镔  宋先凯  
【摘要】:阻尼材料以其良好的吸能特性在工程结构的减振、减噪设计中得到广泛应用。本文针对阻尼材料结构的声学设计问题进行研究,通过优化两种不同的阻尼材料在结构设计域内的拓扑分布来最小化谐振结构所产生的声场中指定参考面/参考域内的声压。在研究中假定结构为线弹性小变形结构,材料阻尼为Rayleigh阻尼,声学介质为无粘、可压缩、小扰动流体。对结构响应采用有限元格式进行计算,对声场采用基于Helmholtz积分的边界元格式进行计算,由于声场在无穷远自由边界的无反射条件在边界积分中能自动得到满足,该格式特别适合于具有开放边界的声场计算。建立了结构有限元-声场边界元格式的耦合系统拓扑优化模型,导出了耦合系统敏感度分析的一般格式及伴随格式。针对高频情况,引入了一个近似边界积分公式来高效地计算声场中任意参考点的声压,其对应的敏感度分析也得到大大简化。另外,研究发现,采用传统的针对刚度或质量的惩罚模型SIMP在高频优化中往往难以有效地消除中间密度,为此提出了针对声学传递矩阵的附加惩罚项,计算表明效果良好。数值算例验证了所提出的结构-声学耦合系统优化方法的有效性和可靠性,并揭示了基于声学准则的拓扑优化结果的有关特性
【作者单位】:北京清华大学航天航空学院
【基金】:国家自然基金项目(10672087,90816025)资助
【分类号】:TB535.1

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