考虑阻尼性能的复合结构多尺度拓扑优化设计

作     者：倪维宇 张横 姚胜卫 NI Weiyu;ZHANG Heng;YAO Shengwei

作者机构：上海理工大学公共实验中心上海200093 上海理工大学机械工程学院上海200093 

基　　金：国家自然科学基金(52005337) 中国博士后科学基金(2020M681346) 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2021年第42卷第3期

页      码：332-342页

摘      要：最优阻尼复合结构应该是阻尼材料自身的材料性能和阻尼材料在板壳结构上的分布形态均是最优的。针对板壳阻尼复合结构的多尺度设计问题,建立了基于非比例阻尼模型的复合结构多尺度拓扑优化方法,实现了阻尼材料在宏微观两尺度上的协同设计,同时获得最优的阻尼材料宏观分布形态和微观构型。以结构模态阻尼比为目标,分别研究了复合结构的单目标和多目标多尺度设计问题。结果表明,在单目标设计中,当最大化结构的某一阶模态阻尼比时,优化后结构的该阶模态阻尼比最大,同时结构在该阶处的频率响应最小;在多目标设计中,以结构前3阶模态阻尼比之和为目标,虽然在每一阶处的性能劣于单目标设计结果,但是结构前3阶模态阻尼比的总体性能更优。同时,从微结构的构型可得,最优的微结构构型中低刚度高阻尼材料的分布相互连接,其损失模量(微结构复弹性矩阵的虚部)和阻尼因子(微结构复弹性矩阵的虚部与实部之比)都相对较高,且呈现负泊松比现象。优化后复合结构的动力学性能显著提高。

主 题 词：复合结构 板壳结构 拓扑优化 多尺度 阻尼性能 

学科分类：07[理学] 070205[070205] 08[工学] 080501[080501] 0805[工学-能源动力学] 0802[工学-机械学] 0825[工学-环境科学与工程类] 0704[理学-天文学类] 0701[理学-数学类] 0812[工学-测绘类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.7527/S1000-6893.2020.24807

馆 藏 号：203102590...