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与流程

技术特征：
1.一种阻尼复合加筋柱壳箱体结构的鲁棒拓扑优化设计方法，其特征在于，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；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，获取区间参数下阻尼复合加筋柱壳箱体的模态损耗因子和相对不确定度，其中，所述区间参数及所述模态损耗因子为区间形式数据，所述区间参数包括阻尼材料厚度及阻尼材料弹性模量，所述阻尼材料弹性模量随周向模态频率及温度变化进行变化；基于模态损耗因子和周向目标模态频率下的振动位移响应值，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，通过对目标函数、设计变量及约束条件进行整合，得到区间鲁棒性拓扑优化模型；基于所述区间鲁棒拓扑优化模型，通过变密度法和优化准则法对所述设计变量进行更新，得到阻尼复合加筋柱壳箱体的最优拓扑设计构型。2.根据权利要求1所述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，其特征在于：基于加筋柱壳箱体所在传动系统，构建工作载荷数据步骤包括：基于加筋柱壳箱体所在传动系统，构建柔性动力学模型，其中所述柔性动力学模型包括加筋柱壳箱体，传动轴及轴承；设置若干工况，基于若干所述工况，通过所述柔性动力学模型进行动力学仿真，获取不同工况下，轴承的不同方向载荷均值及载荷峰峰值，基于所述载荷均值及所述载荷峰峰值，构建工作载荷数据。3.根据权利要求2所述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，其特征在于：基于所述工作载荷数据及所述加筋柱壳箱体，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的步骤包括：基于所述加筋柱壳箱体，通过有限元软件构建加筋柱壳箱体模型，通过划分网格并设置边界条件对加筋柱壳箱体模型进行求解，获取模态频率及单元应变能分布，基于所述单元应变能分布，获取观测点；将所述工作载荷数据施加在柔性动力学模型的轴承上，对所述柔性动力学模型内的加筋柱壳箱体进行动态响应分析，获取振动位移响应，基于所述振动位移响应及所述模态频率，获取振动位移响应平均值，基于所述振动位移响应平均值对所述模态频率进行选取，获取周向目标模态频率及对应的振动响应值。4.根据权利要求3所述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，其特征在于：构建区间参数并获取区间参数下阻尼复合加筋柱壳箱体的区间模态损耗因子和相对不确定度的具体步骤包括：基于所述单元应变能分布，对所述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，基于所述阻尼复合加筋柱壳箱体，构建有限元动力学模型；基于所述有限元动力学模型，获取阻尼材料厚度；
基于有限元动力学模型，根据阻尼材料弹性模量的频变特性和温变特性，获取阻尼材料弹性模量；基于有限元动力模型，以及阻尼材料厚度和弹性模量，构建模态损耗因子和相对不确定度，其中，所述阻尼材料厚度，所述阻尼材料弹性模量及模态损耗因子为区间形式数据。5.根据权利要求4所述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，其特征在于：构建目标函数的步骤包括：基于所述模态损耗因子，根据所述周向目标模态频率下的振动位移响应值，获取加权系数，基于加权系数，获取模态损耗因子的加权和；将区间形式数据的模态损耗因子取区间中值时的模态损耗因子的加权和作为目标函数。6.根据权利要求1所述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，其特征在于：构建约束条件的步骤包括：基于所述周向目标模态频率及基于阻尼复合加筋柱壳箱体获取的区间参数及相对不确定度，分别构建鲁棒性约束，体积约束，区间参数约束；基于所述设计变量，构建设计变量约束；将所述鲁棒性约束，所述体积约束，所述区间参数约束，所述设计变量约束作为所述约束条件。7.根据权利要求6所述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，其特征在于：构建鲁棒性约束的具体步骤包括：基于所述相对不确定度，通过设定相对不确定度阈值对所述相对不确定度进行约束，实现鲁棒性约束。8.根据权利要求1所述阻尼复合加筋柱壳箱体结构的鲁棒拓扑优化设计方法，其特征在于：通过变密度法和优化准则法进行拓扑优化设计的步骤包括：基于周向目标模态频率及区间参数，获取区间鲁棒拓扑优化模型中的固有频率，基于所述固有频率，获取弹性模量样本点，基于所述区间参数，获取阻尼材料厚度样本点，基于所述阻尼材料厚度样本点及所述弹性模量样本点，获取参数集合；基于所述参数集合，通过迭代法对所述固有频率进行修正，基于修正结果，计算所述目标函数及所述约束条件，基于计算结果，通过变密度法和最优化准则法对所述设计变量进行更新，得到阻尼复合加筋柱壳箱体的最优拓扑设计构型。9.根据权利要求8所述阻尼复合加筋柱壳箱体结构的鲁棒拓扑优化设计方法，其特征在于：获取弹性模量样本点的步骤包括：基于所述固有频率，获取弹性模量实部的波动区间；从所述弹性模量实部的波动区间选取若干个样本点，获取弹性模量样本点。10.根据权利要求8所述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，其
特征在于：通过迭代法对固有频率进行修正的具体步骤包括：基于参数集合，计算修正固有频率，基于所述修正固有频率，查找所述修正固有频率相对应的参数集合，并基于所述修正固有频率相对应的参数集合，继续计算下一次修正固有频率，重复上述步骤，当修正固有频率达到收敛条件时，停止迭代，获取修正结果。

技术总结
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。优化设计减振降噪性能的鲁棒性。优化设计减振降噪性能的鲁棒性。


技术研发人员：栾圣罡 纪宏志 尹逊民 张东东 赵礼辉 栾福强 赵景顺 姚寿文 白影春
受保护的技术使用者：北京理工大学 上海理工大学
技术研发日：2021.09.17
技术公布日：2021/12/16