一种加筋板壳结构阻尼层拓扑与加筋肋布局协同优化方法技术

本发明专利技术公开了一种加筋板壳结构阻尼层拓扑与加筋肋布局协同优化方法，属于拓扑优化技术领域，用于解决加筋板壳结构的振动被动抑制问题。该方法为：针对含表面阻尼层和加筋薄壁板壳结构，分别引入描述筋肋和阻尼拓扑的两类独立设计变量，并考虑筋肋和阻尼材料用量的约束，以动态响应最小化为目标构建阻尼层和筋肋的协同拓扑优化模型，实现薄壁加筋结构筋肋和阻尼的最优分布设计。本发明专利技术方法给出了一种加筋肋与阻尼层布局协同动态拓扑优化模型构建方法，与传统的单独优化加筋肋布局、优化敷设阻尼材料布局等方法相比可以获得更加丰富的优化布局结果，并且这些优化布局结果有良好的刚度与减振等力学性能，具有良好的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种加筋板壳结构阻尼层拓扑与加筋肋布局协同优化方法
本专利技术属于拓扑优化
，涉及动力学拓扑优化，具体为一种加筋板壳结构阻尼层与加筋肋布局协同优化设计方法。
技术介绍
动力学拓扑优化受到广泛关注，已经可以实现结构的基频最大化设计、频率间隙最大化设计，结构动态响应最小化设计等。加筋板壳结构在航空、航天等领域被广泛应用，加筋板壳结构的振动控制也一直是设计者要考虑的重要方面。为了提高加筋板壳结构的静态刚度，有研究人员对加筋板壳结构的加筋肋进行布局优化，文献“崔荣华，崔天晨，孙直，张维声，郭旭.基于水平集法的薄板加强筋分布优化理论研究[J].固体力学学报,2018,39(06):587-593.”报道了一种基于水平集法的加筋板结构加强筋布局拓扑优化方法。该方法以最小柔顺度为优化目标，以加强筋用量体积分数上限为约束条件，根据几种典型载荷对加筋板结构的筋肋布局进行优化设计。专利技术专利201510230238.8中公开了一种复合材料加筋壁板的筋肋优化布局方法，该方法以结构的最小变形能作为目标函数，以结构质量体积分数上限作为约束条件，以筋肋有无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加筋板壳结构阻尼层拓扑与加筋肋布局协同优化方法，其特征在于，步骤如下：/n步骤一、对含阻尼层的加筋板壳结构，建立阻尼层、加筋层和基板层的有限元分析模型，给定各层所用材料的弹性模量、泊松比、质量密度和阻尼等参数；根据有限元分析模型中各个单元有无材料以及材料类型，计算含阻尼层加筋板壳结构的总体质量矩阵、总体阻尼矩阵、总体刚度矩阵；施加载荷与约束，构建结构振动控制方程，获得结构的动态响应；具体步骤如下：/n步骤1、将初始几何模型中的基板划分为板/壳有限单元；/n步骤2、将初始几何模型中的阻尼层划分为板/壳有限单元，对阻尼层与基板层采用共节点等方式叠加；/n步骤3、把加筋层中所有的筋肋都采用梁...

【技术特征摘要】
1.一种加筋板壳结构阻尼层拓扑与加筋肋布局协同优化方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、对含阻尼层的加筋板壳结构，建立阻尼层、加筋层和基板层的有限元分析模型，给定各层所用材料的弹性模量、泊松比、质量密度和阻尼等参数；根据有限元分析模型中各个单元有无材料以及材料类型，计算含阻尼层加筋板壳结构的总体质量矩阵、总体阻尼矩阵、总体刚度矩阵；施加载荷与约束，构建结构振动控制方程，获得结构的动态响应；具体步骤如下：
步骤1、将初始几何模型中的基板划分为板/壳有限单元；
步骤2、将初始几何模型中的阻尼层划分为板/壳有限单元，对阻尼层与基板层采用共节点等方式叠加；
步骤3、把加筋层中所有的筋肋都采用梁单元模拟；
步骤4、加筋层有限元模型采用基结构方法构建，基结构为预先设置的密集排布的梁单元结构，基结构由一个个设计单胞构成，设计单胞与基板层的板/壳单元共节点，设计单胞中任意两节点设置连接梁单元，因此确定设计单胞中梁单元布局；
步骤5、构建总体质量矩阵、总体刚度矩阵为：






上式中，分别为基板层中第k个板/壳单元刚度阵和质量阵，分别为加筋层中第i根筋肋的刚度矩阵和质量矩阵，分别为阻尼层中第j个单元的刚度矩阵和质量矩阵；xi为加筋层中第i根筋肋的密度；yj为阻尼层中第j个板/壳单元的密度；u、v分别为筋肋单元刚度和单元质量惩罚因子，h、c分别为阻尼层单元刚度和单元质量惩罚因子；m为加筋层的设计变量个数，n为阻尼层设计变量的个数，d为基板层单元的个数；对含阻尼层的加筋板壳结构的阻尼采用瑞利阻尼等形式进行描...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛斌，刘海洋，闫家铭，毛玉明，杨睿，孙士勇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21