【摘要】：聲輻射結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題是近年來(lái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。目前的研究多集中于結(jié)構(gòu)厚度分布的拓?fù)鋬?yōu)化和固定位置筋板厚度、高度等參數(shù)的優(yōu)化,且主要集中于具有解析解的結(jié)構(gòu),對(duì)于筋板布局的拓?fù)鋬?yōu)化較少,鮮見(jiàn)對(duì)壓縮機(jī)殼體這種非規(guī)則形狀的加筋板的布局優(yōu)化。本文著重研究基于快速邊界元法求解拓?fù)渎晫W(xué)靈敏度實(shí)現(xiàn)筋板最優(yōu)分布的板殼拓?fù)鋬?yōu)化方法。 以減少結(jié)構(gòu)輻射聲為目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì),通過(guò)改變結(jié)構(gòu)的形狀、筋肋的位置和尺寸等,降低結(jié)構(gòu)的輻射聲功率,由于聲功率計(jì)算需要對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)速度分布函數(shù)作表面積分,優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算成本巨大。本文將快速多極子邊界元法與拓?fù)渎晫W(xué)靈敏度分析方法相結(jié)合,大大降低了優(yōu)化過(guò)程的計(jì)算量,實(shí)現(xiàn)了筋板的最優(yōu)分布。本文利用快速多極子邊界元計(jì)算效率高的特點(diǎn),以輻射聲功率為 目標(biāo)函數(shù),單元?jiǎng)偠葹樵O(shè)計(jì)變量,通過(guò)全局有限差分法求解結(jié)構(gòu)的拓?fù)渎晫W(xué)靈敏度,基于靈敏度的分布獲得需增加剛度的優(yōu)化區(qū)域。并以一球殼為例分析了結(jié)構(gòu)在簡(jiǎn)諧力作用下的聲輻射拓?fù)鋬?yōu)化,在分析聲學(xué)靈敏度的基礎(chǔ)上通過(guò)實(shí)現(xiàn)筋的最優(yōu)布局,降低了結(jié)構(gòu)的輻射聲功率。 本文根據(jù)壓縮機(jī)噪聲聲功率測(cè)試分析結(jié)果,確定噪聲的主要頻率,以主要頻率段的輻射聲功率為目標(biāo)函數(shù),對(duì)冰箱壓縮機(jī)殼體作拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),通過(guò)局部加筋,提高殼體剛度,減小殼體表面的法向振速,改變法向速度分布,降低殼體聲輻射效率,成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓縮機(jī)殼體筋板布局分布的拓?fù)鋬?yōu)化,并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值仿真的結(jié)果,表明了本文方法的有效性。 結(jié)果表明,基于快速邊界元法求解拓?fù)渎晫W(xué)靈敏度提高了拓?fù)渎晫W(xué)靈敏度的求解效率,實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)筋板的最優(yōu)布局設(shè)計(jì),從而有效降低結(jié)構(gòu)的輻射聲功率,適用于工程實(shí)際應(yīng)用。
[Abstract]:The topology optimization of acoustic radiation structures is a hot topic in the field of structural optimization in recent years. The current research focuses on the topology optimization of the thickness distribution of the structure and the optimization of the thickness and height of the stiffened plate at fixed position, and mainly focuses on the structure with analytical solution, but the topology optimization of the stiffened plate layout is less. It is rare to optimize the layout of stiffened plate with irregular shape of compressor shell. This paper focuses on the optimization method of plate and shell topology based on the fast boundary element method to solve the topological acoustics sensitivity of stiffened plates. By changing the shape of the structure, the position and the size of the rib, the radiated sound power of the structure can be reduced. Due to the calculation of the sound power, the vibration velocity distribution function of the structure needs to be integrated on the surface. The calculation cost of optimization design is enormous. In this paper, the fast multipole boundary element method is combined with the topological acoustic sensitivity analysis method, which greatly reduces the computational complexity of the optimization process and realizes the optimal distribution of stiffened plates. In this paper, the global finite difference method is used to solve the topological acoustic sensitivity of the structure by using the fast multipole boundary element with high efficiency, taking the radiated sound power as the objective function and the element stiffness as the design variable. Based on the sensitivity distribution, the optimal region for increasing stiffness is obtained. Taking a spherical shell as an example, the sound radiation topology optimization of the structure under the action of harmonic force is analyzed. Based on the analysis of acoustic sensitivity, the radiated sound power of the structure is reduced by realizing the optimal arrangement of the ribs. In this paper, the main frequency of the noise is determined according to the test and analysis results of the noise power of the compressor. Taking the radiated sound power of the main frequency segment as the objective function, the topology optimization design of the compressor shell of the refrigerator is made, and the stiffness of the shell is improved by local reinforcement. By reducing the normal vibration velocity of the shell surface, changing the normal velocity distribution and reducing the acoustic radiation efficiency of the shell, the topology optimization of the distribution of the stiffened plate of the compressor shell is successfully realized, and the results of numerical simulation are verified by experiments. The effectiveness of the proposed method is demonstrated. The results show that solving the topological acoustic sensitivity based on the fast boundary element method improves the efficiency of solving the topological acoustic sensitivity, realizes the optimal layout design of the structural stiffened plate, and thus effectively reduces the radiated acoustic power of the structure. It is suitable for engineering application.
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：TH45

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本文編號(hào)：2386880