[发明专利]一种阻尼复合加筋柱壳箱体结构的鲁棒拓扑优化设计方法

说明书

本发明公开一种阻尼复合加筋柱壳箱体结构的鲁棒拓扑优化设计方法，包括构建工作载荷数据，基于工作载荷数据及加筋柱壳箱体，获取周向目标模态频率；对加筋柱壳箱体敷设约束阻尼材料，构建阻尼复合加筋柱壳箱体；基于阻尼复合加筋柱壳箱体，构建区间参数，并基于区间参数，获取模态损耗因子；基于模态损耗因子，构建目标函数，基于阻尼复合加筋柱壳箱体，构建设计变量及约束条件，整合目标函数、设计变量及约束条件形成区间鲁棒性拓扑优化模型；基于区间鲁棒拓扑优化模型，对设计变量进行更新，得到阻尼复合加筋柱壳箱体的最优拓扑设计构型。本发明能够有效提高阻尼复合加筋柱壳箱体优化设计减振降噪性能的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及加筋柱壳箱体结构优化设计技术领域，特别涉及一种阻尼复合加筋柱壳箱体结构的鲁棒拓扑优化设计方法。

背景技术

大型舰船减速箱正朝着大功率、高速重载、轻量化、低振动噪声设计等方向发展。在船舶的减速系统中，加筋柱壳结构普遍应用于船舶的减速器箱体。船舶运行过程中，船舶的动力传动装置是主要的振动噪声来源之一，其中减速器箱体的振动辐射噪声主要是以结构噪声的形式通过箱体壁面振动向外辐射。随着科技的发展，舰船声隐身性越来越得到重视。舰船的声隐身主要是指躲避对方声呐探测以及提高自身有效攻击的能力。有研究表明：若舰船在水中航行时，若辐射的噪声增加6dB,那么对方声纳探测以及攻击距离将提高一倍，故对箱体进行减振降噪方法研究具有重要意义。

目前对于大型舰船减速箱的振动噪声优化设计，阻尼技术仍是常用方法之一。该方法也广泛应用于航空航天、航海、陆上交通、轻重工业、运动器材、建筑桥梁等各个领域的减振降噪设计。阻尼复合结构拓扑优化是轻量化设计下实现振动与噪声控制的有效手段，是最有工程应用前景的减振降噪技术之一。目前，对于阻尼复合结构的减振降噪优化设计，一方面，在建立目标函数时，多以模态损耗因子最大化或单位载荷的振动响应最小化为目标函数，并未考虑真实的工况载荷；另一方面多集中于确定性拓扑优化，未考虑复杂环境、制造误差、材料的不均匀等因素带来的不确定性，导致阻尼复合加筋柱壳箱体优化设计减振降噪性能的鲁棒性不足。因此，阻尼复合加筋柱壳箱体减振降噪设计需重新定义基于真实载荷的目标函数，同时还需兼顾振动与噪声控制的鲁棒性。

作为舰用传动系的主要构件之一，加筋柱壳箱体主要承受传动系工作时的载荷，这些载荷通过传动轴和轴承传递到箱体上使得箱体振动产生声辐射；同时，传动系不同的转速工况使得作用于箱体轴承孔处的载荷频率和幅值都是变化的，对箱体不同模态的振动响应产生重要影响。那么，采用阻尼减振技术实现减振降噪设计时，无论是选取模态损耗因子或载荷作用的振动响应为目标函数，都应考虑作用于加筋柱壳箱体结构的真实载荷。

此外，作为阻尼减振的耗能材料，阻尼材料具有频变特性和温变特性。不同的工作频率和温度下，粘弹性阻尼材料的弹性模量和损耗因子都是在变化的，因此，开展阻尼复合加筋柱壳箱体的优化设计考虑阻尼材料特性频变和温变引起的不确定性是必要的。同时，也有必要考虑材料的几何不确定性，如厚度参数的波动等。这些参数的不确定性会使得优化结果鲁棒性不足。概率模型是处理不确定问题的常用方法，但工程中某些不确定参数信息因实验限制或成本制约而难以获取，使得基于概率随机模型的不确定表征方法不再适用；区间数作为表征不确定参数的一种有效手段，仅需知道不确定参数的上下界信息，特别适用于概率特征难以统计或信息不足的参数的不确定性表征。

发明内容

为解决上述现有技术中所存在的减振降噪优化设计中，由于各种因素带来的不确定性，导致阻尼复合加筋柱壳箱体优化设计减振降噪性能的鲁棒性不足等问题，本发明提供一种阻尼复合加筋柱壳箱体结构的鲁棒拓扑优化设计方法，本发明的目的是针对阻尼复合加筋柱壳箱体的减振降噪问题，能够实现阻尼复合加筋箱体在目标性能相对不确定度约束下目标模态的模态损耗因子最大化。

为实现上述技术效果，本发明提供如下技术方案：包括：

基于加筋柱壳箱体所在传动系统，构建工作载荷数据，基于所述工作载荷数据及加筋柱壳箱体，获取周向目标模态频率和所述周向目标模态频率下的振动响应值；