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基于分段常数水平集方法的声振耦合系统拓扑优化
被引量：
2
1
作者
苗晓飞
赵文畅
陈海波
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2022年第4期192-199,238,共9页
针对结构与无限大声场的声振耦合系统中结构的双材料拓扑优化问题进行了研究。采用有限元与边界元方法分别对结构和声场进行离散。基于分段常数水平集(piecewise constant level set,PCLS)方法,构造了结构的刚度阵、质量阵与阻尼阵。优...
针对结构与无限大声场的声振耦合系统中结构的双材料拓扑优化问题进行了研究。采用有限元与边界元方法分别对结构和声场进行离散。基于分段常数水平集(piecewise constant level set,PCLS)方法,构造了结构的刚度阵、质量阵与阻尼阵。优化目标选为最小化结构指定位置的振幅平方,采用伴随变量法进行灵敏度分析。引入二次罚函数方法来实现体积约束,基于灵敏度信息对优化参数进行重新定义,克服了参数的问题依赖性。数值结果表明优化设计可以显著降低结构的振幅,证实了优化方法的有效性。不同算例下体积约束在相同优化参数下均得到很好满足,说明了重新定义参数的优越性。
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关键词
声振耦合系统
拓扑优化
分段常数水平集(PCLS)
伴随变量法
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职称材料
基于混合有限元-边界元的声振系统多材料拓扑优化方法研究
2
作者
林心玥
赵文畅
+1 位作者
操小龙
陈海波
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2024年第22期106-117,共12页
针对结构和外声场相互作用的声振强耦合系统,建立了基于混合有限元-边界元的多材料拓扑优化设计方法。为处理优化过程中声振耦合面的变化,设置固定的虚拟界面将计算域划分为有界域和无界域,分别由混合位移-压力有限元方法(混合有限元方...
针对结构和外声场相互作用的声振强耦合系统,建立了基于混合有限元-边界元的多材料拓扑优化设计方法。为处理优化过程中声振耦合面的变化,设置固定的虚拟界面将计算域划分为有界域和无界域,分别由混合位移-压力有限元方法(混合有限元方法)和边界元方法进行离散。运用混合有限元方法能够避免对声振耦合面的显式表征,且能使有限元与边界元离散交界面固定不变,有效减少计算成本。运用有序固体各向同性材料惩罚模型,建立单一设计变量下的多材料拓扑优化模型。以结构的辐射声功率级作为优化的目标函数,并采用伴随变量法进行灵敏度分析,最后通过移动渐进线优化算法对优化问题进行求解。通过基于Heaviside函数的分段投影密度滤波器进行优化后处理,得到数值稳定的多材料优化设计。数值模拟表明,该研究建立的多材料优化方法不仅具有高优化灵活度,同时可以降低声振耦合系统的辐射声功率级,是一个有效的拓扑优化方法。
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关键词
声振耦合系统
拓扑优化
混合有限元
边界元
多材料设计
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职称材料
考虑材料性能不确定性的声振强耦合系统稳健拓扑优化
被引量：
2
3
作者
郑文治
陈海波
操小龙
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2023年第22期93-102,共10页
针对外声场与结构强耦合问题,亟待开展不确定性优化的发展需求,提出了一种考虑材料性能不确定性的稳健拓扑优化设计方法。采用随机场模型描述材料弹性模量的不确定性,用级数最优线性估值方法将其离散成不相关的随机变量;进而用混沌多项...
针对外声场与结构强耦合问题,亟待开展不确定性优化的发展需求,提出了一种考虑材料性能不确定性的稳健拓扑优化设计方法。采用随机场模型描述材料弹性模量的不确定性,用级数最优线性估值方法将其离散成不相关的随机变量;进而用混沌多项式展开(polynomial chaos expansion,PCE)方法结合有限元-边界元耦合方法进行随机响应分析。通过材料属性的有理近似模型描述双材料的分布,以辐射声功率级的均值和标准差的加权和作为稳健拓扑优化的目标函数,随机响应的灵敏度同样通过PCE方法获得,最后通过移动渐近线优化算法对优化问题进行求解。数值算例表明,该方法相较于确定性拓扑优化可以获得对材料弹性模量不确定性更加不敏感的设计,这是不确定性优化方法在含外声场的声振强耦合问题上的一个新的拓展研究。
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关键词
声振耦合系统
拓扑优化
稳健设计
混沌多项式展开(PCE)
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职称材料
题名
基于分段常数水平集方法的声振耦合系统拓扑优化
被引量：
2
1
作者
苗晓飞
赵文畅
陈海波
机构
中国科学技术大学近代力学系中国科学院材料力学行为与设计重点实验室
出处
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2022年第4期192-199,238,共9页
基金
国家自然科学基金(11772322)
中国科学院战略性先导科技专项(B类)子课题(XDB22040502)。
文摘
针对结构与无限大声场的声振耦合系统中结构的双材料拓扑优化问题进行了研究。采用有限元与边界元方法分别对结构和声场进行离散。基于分段常数水平集(piecewise constant level set,PCLS)方法,构造了结构的刚度阵、质量阵与阻尼阵。优化目标选为最小化结构指定位置的振幅平方,采用伴随变量法进行灵敏度分析。引入二次罚函数方法来实现体积约束,基于灵敏度信息对优化参数进行重新定义,克服了参数的问题依赖性。数值结果表明优化设计可以显著降低结构的振幅,证实了优化方法的有效性。不同算例下体积约束在相同优化参数下均得到很好满足,说明了重新定义参数的优越性。
关键词
声振耦合系统
拓扑优化
分段常数水平集(PCLS)
伴随变量法
Keywords
coupled structural-acoustic systems
topology optimization
piecewise constant level set(PCLS)
adjoint variable method
分类号
TB533 [理学—声学]
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职称材料
题名
基于混合有限元-边界元的声振系统多材料拓扑优化方法研究
2
作者
林心玥
赵文畅
操小龙
陈海波
机构
中国科学技术大学近代力学系中国科学院材料力学行为与设计重点实验室
北京机电工程研究所
出处
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2024年第22期106-117,共12页
基金
国家自然科学基金(12172350)。
文摘
针对结构和外声场相互作用的声振强耦合系统,建立了基于混合有限元-边界元的多材料拓扑优化设计方法。为处理优化过程中声振耦合面的变化,设置固定的虚拟界面将计算域划分为有界域和无界域,分别由混合位移-压力有限元方法(混合有限元方法)和边界元方法进行离散。运用混合有限元方法能够避免对声振耦合面的显式表征,且能使有限元与边界元离散交界面固定不变,有效减少计算成本。运用有序固体各向同性材料惩罚模型,建立单一设计变量下的多材料拓扑优化模型。以结构的辐射声功率级作为优化的目标函数,并采用伴随变量法进行灵敏度分析,最后通过移动渐进线优化算法对优化问题进行求解。通过基于Heaviside函数的分段投影密度滤波器进行优化后处理,得到数值稳定的多材料优化设计。数值模拟表明,该研究建立的多材料优化方法不仅具有高优化灵活度,同时可以降低声振耦合系统的辐射声功率级,是一个有效的拓扑优化方法。
关键词
声振耦合系统
拓扑优化
混合有限元
边界元
多材料设计
Keywords
acoustic-structure interaction system
topology optimization
mixed finite element method
boundary element method
multi material design
分类号
TH212 [机械工程—机械制造及自动化]
TH213.3 [机械工程—机械制造及自动化]
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职称材料
题名
考虑材料性能不确定性的声振强耦合系统稳健拓扑优化
被引量：
2
3
作者
郑文治
陈海波
操小龙
机构
中国科学技术大学近代力学系中国科学院材料力学行为与设计重点实验室
北京机电工程研究所
出处
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2023年第22期93-102,共10页
基金
国家自然科学基金(12172350)
中国科学院战略性先导科技专项(B类)子课题(XDB22040502)。
文摘
针对外声场与结构强耦合问题,亟待开展不确定性优化的发展需求,提出了一种考虑材料性能不确定性的稳健拓扑优化设计方法。采用随机场模型描述材料弹性模量的不确定性,用级数最优线性估值方法将其离散成不相关的随机变量;进而用混沌多项式展开(polynomial chaos expansion,PCE)方法结合有限元-边界元耦合方法进行随机响应分析。通过材料属性的有理近似模型描述双材料的分布,以辐射声功率级的均值和标准差的加权和作为稳健拓扑优化的目标函数,随机响应的灵敏度同样通过PCE方法获得,最后通过移动渐近线优化算法对优化问题进行求解。数值算例表明,该方法相较于确定性拓扑优化可以获得对材料弹性模量不确定性更加不敏感的设计,这是不确定性优化方法在含外声场的声振强耦合问题上的一个新的拓展研究。
关键词
声振耦合系统
拓扑优化
稳健设计
混沌多项式展开(PCE)
Keywords
coupled structural-acoustic system
topology optimization
robust design
polynomial chaos expansion(PCE)
分类号
TH212 [机械工程—机械制造及自动化]
TH213.3 [机械工程—机械制造及自动化]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于分段常数水平集方法的声振耦合系统拓扑优化
苗晓飞
赵文畅
陈海波
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2022
2
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
基于混合有限元-边界元的声振系统多材料拓扑优化方法研究
林心玥
赵文畅
操小龙
陈海波
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2024
0
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下载PDF
职称材料
3
考虑材料性能不确定性的声振强耦合系统稳健拓扑优化
郑文治
陈海波
操小龙
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2023
2
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职称材料
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