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随机振动响应下的组件结构布局优化设计

期刊名称：航空学报
时间：2010.9.9
页码：1769-1775
分类：V214.33[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程;航空宇航科学技术] TP391.7[自动化与计算机技术—计算机应用技术;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
作者机构：[1]西北工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
相关基金：国家自然科学基金（10925212）;国家自然科学基金委员会-中国工程物理研究院联合基金（10676028）;高等学校学科创新引智计划项目（B07050）
相关项目：计算固体力学与结构优化

关键词：组件, 随机振动, 布局优化, 动力学响应, 功率谱密度, components, random vibration, layout optimization, dynamic response, power spectral density

中文摘要：

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。

英文摘要：

This article is focused on the component layout design optimization under random excitations to fulfill the requirements of engineering applications. In order to solve problems related to the overlapping of compo nents during the design process, finite circle approximations are proposed to describe the exterior contour of each component. Furthermore, a finite element model is established to predict the responses under random ex citations. The model and the numerical results are validated experimentally. Based on this, a general optimization model is established by defining the objective function as the minimization of the sum of the root mean square （RMS） response measured on the degrees of freedom （DOFs） of specific points of the components. Layout optimization problems with one component and four components are studied. The gradient optimization algorithm and genetic algorithm are used to solve both problems. The results show that the proposed method can deal efficiently with the layout design optimization of component structures with random vibration responses. Both optimization algorithms can reduce significantly dynamic responses at key locations of the component structure.

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