文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
多阶频率与振型约束下的结构动力学优化设计
姓名:张锦江
申请学位级别:硕士
专业:固体力学
指导教师:杨智春
20070301
摘要有频率约束下,通过改变结构的尺寸进行结构动力学优化,使多阶振型的节点同对结构的固有频率提出一定的要求,而且也会对结构固有振型的节点谙位置提出一定的要求。这个工程问题在动力学意义上就是结构在多阶固有频率和固有振型约束下的动力学优化问题。在结构的动力学优化设计中,关键的一项工作就是计算固有频率、振型及目标函数的灵敏度。在不涉及单元的具体构造和状态虑到方法的一致性问题,也采用相同的方法来求解固有频率及目标函数的灵敏度。本文的研究结果表明,在计算灵敏度对,用基于一阶差分方法推导的公式近似代替微分解析公式来计算结构固有频率、振型及目标函数的灵敏度,其优点是简化了计算,计算工作量小,通用性强,不受单元矩阵阶数和复杂度的影响。对于多阶频率及振型约束下的结构动力学优化设计,本文采用尺寸优化方法,首先建立了振型节点位置与结构尺寸之间的变量关系,然后在给定的约束条件下对结构进行优化,使结构不仅满足动力学约束条件,而且结构重量达到最小。利用有限元分析软件哪谇恫问杓朴镅訟辛擞呕绦蚩模型结构为对象进行了多阶频率及振型约束下的结构优化设计,取得了较好的优化效果。论文还设计了相应的悬臂梁模型。进行优化前后悬臂梁的模态实验,验本文的优化计算和相应的对比模型实验结果表明,采用本文的方法,能够有效地解决工程结构设计中涉及到的一类具有多阶固有频率、振型节点位置要求的结构动力学优化设计问题。本文采用序列线性规划法来进行结构动力学优化设计。目的是解决在多阶固时满足位置要求的问题。这类问题的工程背景是:在飞机、火箭、导弹等军用飞行器的设计中,为了放置一些对振动敏感的仪器装置,如姿态传感器等,不仅要变量的计算细节情况下,本文采用一阶差分的方法来求解振型函数的灵敏度,考发,采用本文提出的灵敏度计算方法,以悬臂梁结构、平面刚架结构和五层框架证了优化设计的结果并证实了优化方法的可行性。本论文受国家自然科学基金和航空科学基金的资助。关键词:结构动力学设计;优化设计;灵敏度分析;频率约束;振型节点约柬西北工业大学硕士学位论文
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指导教师签名::丕鱼芟§益堡皂;工学位论文作者签名:学位论文知识产权声明书西北工业大学学位论文原创性声明年,月,日沙。陒月‘日本人完全了解学校有关保护知识产权的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文丁作的知识产权单位属于两北工业人学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西北丁业大学。保密论文待解密质适用本声明。学位论文作者签名:秉承学校严谨的学风和优良的科学道德,本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下进行研究魉〉玫某晒>∥宜#闹幸丫⒚饕玫哪谌和致谢的地方外,本论文不包含任何其他个人或集体己经公开发表或撰写过的研究成果,不包含本人或其他已申请学位或其他用途使某晒6员疚牡难芯孔龀鲋匾9献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人学位论文与资料若有不实,愿意承担‘切相关的法律责任。≥神月
第一章绪论结构设计作为工程设计的一个重要组成部分,,即满足工程结构的安全性,适用性和耐久性的要求。在此基础上,还应考虑方案的经济性,在可行设计方案中寻找最优设计,从而达到经济实用的目的。在科学的结构分析和优化方法诞生以前,结构设计是以模型试验和经验估算为主的方法来进行的。结构设计的主要目的也只是简单的满足安全使用要求。由于没有正确的方法指导,常常造成不必要的材料浪费。随着结构力学和材料科学的发展,结构工程师们逐渐掌握了结构分析理论和方法,并将其应用于工程实践中。但在应用初期,由于理论的不完善以及计算手段与工具的局限性,结构设计仍是以倾向结构强度安全为主而较少兼顾方案的经济性。自从电子计算机问世以及结构有限元理论和方法得到工程应用以来,借助有限元的结构动力学分析理论与方法在近年里得到了前所未有的发展。随着科学技术的进步,人们对工程结构的要求越来越高,不仅要求结构具有预定的承载功能,而且还要具有良好的静、动力特性,寿命长、工作安全可靠的特点。目前许多工程结构都是采用轻质、高柔性结构形式的设计,随着结构的大型化、复杂化和工作环境的日益复杂化,导致结构静、动强度问题普遍存在。因此能指导工程