两相材料结构低噪声设计理论与优化方法研究

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1、华中科技大学博士学位论文两相材料结构低噪声设计理论与优化方法研究姓名：许智生申请学位级别：博士专业：机械设计及理论指导教师：黄其柏2010 华中科技大学博士学位论文设计灵敏度的变化趋势，为产品的低噪声设计提供优化方向和量化依据。对两相材料插值理论和算法进行了研究，在单相材料结构SIMP插值模型的基础上，提出了两相材料结构SIMP插值模型，推导了基于两相材料结构SIMP插值理论的优化准则算法，并以此为基础，建立了两相材料结构单约束问题的拓扑优化模型，分析讨论了不同优化参数对最终拓扑优化结果的影响，数值结果表明，通过合理选择各

2、个优化参数能够得到理想的拓扑优化结果。提出了基于拓扑优化理论的两相材料结构低噪声设计方法，以结构单元的体积密度为设计变量，以结构表面辐射声功率最小为设计目标，建立了两相材料结构声辐射问题的拓扑优化模型，数值结果表明优化结果具有弱辐射特性，中低频段的降噪效果尤为明显。对本文所提出的结构低噪声设计方法进行试验研究，通过与数值计算结果的对比，验证了本文所提出的两相材料结构低噪声设计理论和优化方法的有效性，同时展示了该方法在实际中的可行性。关键词：结构声辐射；低噪声设计；声学灵敏度分析；拓扑优化；两相材料结构插值模型II 华中科技

3、大学博士学位论文AbstractStructurenoiseisoneofthemainnoisesources.Withmoreandmoreconcernedaboutthelivingenvironmentnoise,noiseandvibrationcontroltechnologyattractsmoreattention.Afterdecadesofresearch,traditionalnoisecontroltechnologyhasbeendevelopedtoamaturestageandhaslitt

4、ledevelopmentspace.Soitisnecessarytodevelopamoreeffectivenoisecontroltechnology.Abi-materialstructureisbecominganewresearchdirectioninnoiseandvibrationreductionfield.Abi-materiallownoisedesigntheoryandmethodwillbethefundamentalmethodtosolvetheproblemofstructurenoi

5、se.Thispaperanalyzesthedomesticandinternationaldevelopmentonsoundradiationtheoryandoptimizationdesignmethods.Themethodlinksthedisciplinesofstructuraldynamics,acousticsandoptimizationintoaunifiedmethodology.Thestructuralsoundradiationistakenintotheproductdesignstag

6、easadesignindex.Abi-materiallownoisedesigntheoryandmethodhasbeenresearchedin-depth.Theexternalsoundradiationpredictionmodelbasedonthegreenfunctionisestablished.Theoryofacousticradiationundermulti-frequencyexcitationhasbeenstudied,andanacousticdesignsensitivityanal

7、ysismethodandTwo-materialsSIMP(theSolidIsotropicMaterialwithPenalization)materialinterpolationmodelaregiven.Usingtopologyoptimizationmethod,abi-materiallownoisedesigntheoryandmethodispresented.Theproposedtheoryandoptimizationmethodaboutbi-materialstructurelownoise

8、designisvalidatedbytestingmethod.Thispaperstudiedthefollowingparticularaspects:Adetailedderivationofexternalsoundradiationboundaryelementmethodbasedonth