基于灵敏度分析的结构-声学鲁棒优化设计

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1、2014年4月北京航空航天大学学报April2014第40卷第4期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．40No．4基于灵敏度分析的结构．声学鲁棒优化设计王冲邱志平王晓军吴迪(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)(中国运载火箭技术研究院研究发展中心，北京100076)摘要：针对工程中普遍存在的结构一声场耦合系统，充分考虑系统本身及外载荷的不确定性，提出了求解系统响应范围的区间有限元分析方法及鲁棒优化设计模型．从耦合系统

2、的平衡方程出发，利用中心差分方法得到了系统响应的灵敏度计算公式．引入区间变量来表征信息不足的不确定参数，借助一阶泰勒展式，可以快速估算系统响应的区间上下界．在结构鲁棒优化设计过程中，通过引入灵敏度指标，将原不确定单目标优化问题转化为确定的多目标优化问题．为保证结构性能更加稳定，利用区间可能度刻画约束条件的鲁棒性．数值算例通过某弹舱模型弹性板厚度的优化设计，验证了所建立的鲁棒优化模型及算法的有效性．关键词：结构．声耦合系统；不确定性；灵敏度；区间有限元；鲁棒优化中图分类号：0328；0422．6文献标识码：A文章编

3、号：1001—5965(2014)04-0512-05Robustoptimizationofcoupledstructural—acousticsystemsbasedonsensitivityanalysisWangChongQiuZhipingWangXiaojun(SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)WuDi(Researchand

4、DevelopmentCenter，ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnology，Beijing100076，China)Abstract：Anintervalfiniteelementmethodandanintervalrobustoptimizationmodelwereproposedforthecoupledstructural—acousticfieldpredictionandstructuraldesignwithuncertaintiesbothintheinher

5、entpa—rametersandexternalload．Basedonthecentraldifferencemethod，theresponsesensitivitywithrespecttothesystemparameterswasderivedfromthestructural—acousticdynamicequilibriumequation．Intervalvariableswereusedtoquantitativelydescribealltheuncertainparameterswith

6、limitedinformation．Intermsofthefirst—orderTaylorexpansion，thelowerandupperboundsoftheuncertainstructural—acousticfieldcouldbequicklyobtained．Inthestructuralrobustoptimization，theoriginaluncertainsingle—objectiveoptimizationproblemwastransformedintoadeterminis

7、ticmulti—objectiveonebyintroducingasensitivityindex．Toensureamorestableperformanceofthestructuraldesign，theintervalpossibledegreewasadoptedtodescribetherobustnessoftheconstraints．Numericalresultsaboutabombbayweregiventodemonstratetheeffectivenessofproposedrob

8、ustmodelandalgorithm．Keywords：coupledstructural-acousticsystem；uncertainty；sensitivity；intervalfiniteelement；robustoptimization收稿日期：2013-06-07；网络出版时间：2014-01-2110：18；OOI：10．13700／j．bh．100