随机振动响应下的组件结构布局优化设计

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1、第31卷2010年第9期9月航空学报ACTAAERONAUTlCAETASTRONAUTlCASINlCAV01．31NO．9Sept．2010文章编号：1000-6893(2010)09—1769-07随机振动响应下的组件结构布局优化设计吕奇峰，张卫红，张桥，朱继宏(西jt,-r业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西西安710072)LayoutDesignOptimizationofComponentStructurewithRandomVibrationResponseLuQifeng，ZhangWeihong，ZhangQiao，ZhuJihong(TheKeyLabor

2、atoryofContemporaryDesignandIntegratedManufacturing，NorthwesternPolytechniealUniversity．Xi’an710072。China)摘要：从工程应用需求出发，研究了随机振动载荷作用下的组件结构布局优化问题。提出采用有限包络圆族描述组件外形轮廓的近似方法。有效解决了设计过程中预防组件干涉的问题；建立了随机振动响应分析有限元模型，并对模型进行了实验验证与结果分析。在此基础上，以随机振动载荷下特定点自由度响应均方根(RMS)值之和最小为目标函数建立了组件布局通用优化设计模型，研究了单一组件与4组件问题的布局优化问题，并

3、分别采用梯度优化算法和遗传算法进行优化求解比较研究。结果表明，所提出的设计方法能够有效地实现随机振动响应下的组件结构布局优化设计，两种优化算法均能显著降低结构关键部位的动力学响应。关键词：组件；随机振动；布局优化；动力学响应；功率谱密度中图分类号：V214．3+3；TP391．7文献标识码：AAbstract：ThisarticleisfocusedonthecomponentlayoutdesignoptimizationunderrandomexcitationstOfulfilltherequirementsofengineeringapplications．InordertOsolv

4、eproblemsrelatedtOtheoverlappingofcompo—nentsduringthedesignprocess，finitecircleapproximationsareproposedtOdescribetheexteriorcontourofeachcomponent．Furthermore，afiniteelementmodelisestablishedtOpredicttheresponsesunderrandomex—citations．Themodelandthenumericalresultsarevalidatedexperimentally．Base

5、donthis，ageneraloptimiza—tionmodelisestablishedbydefiningtheobjectivefunctionastheminimizationofthesumoftherootmeansquare(RMS)responsemeasured01"1thedegreesoffreedom(DOFs)ofspecificpointsofthecomponents．Layoutoptimizationproblemswithonecomponentandfourcomponentsarestudied．Thegradientoptimizationalg

6、orithmandgeneticalgorithmareusedtOsolvebothproblems．Theresultsshowthattheproposedmethodcandealefficientlywiththelayoutdesignoptimizationofcomponentstructureswithrandomvibrationrespon—ses．Bothoptimizationalgorithmscanreducesignificantlydynamicresponsesatkeylocationsofthecomponentstructure．Keywords：c

7、omponents；randomvibration；layoutoptimization；dynamicresponse；powerspectraldensity几何装填布局优化设计[1]是指把一些具有已知形状的物体按一定的要求合理地放置在有限布局空间容器中，属于不带性能约束的几何装填紧凑性问题，国内外学者目前对这方面研究较多。然而，工程实践中存在着大量复杂的带性能约束的组件结构布局优化问题，如卫星、导弹舱体