基于多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的潛艇結(jié)構(gòu)-聲輻射優(yōu)化研究.pdf

1、多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)是近年來興起的一門新技術(shù)。其主要設(shè)計(jì)思想是在復(fù)雜系統(tǒng)的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，通過分解和協(xié)調(diào)等手段將復(fù)雜系統(tǒng)分解成為與現(xiàn)有工程設(shè)計(jì)組織相一致的若干個(gè)子系統(tǒng)。充分利用分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來集成各個(gè)學(xué)科的知識或各子系統(tǒng)已有的知識，從全局的角度求解復(fù)雜工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化問題。 本文以某型號潛艇結(jié)構(gòu)在海水中的結(jié)構(gòu)-聲輻射優(yōu)化為載體和實(shí)例進(jìn)行多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的研究工作，將多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)引入到具有典型多個(gè)學(xué)科耦合特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)-聲輻

2、射領(lǐng)域的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，以有效地改善潛艇結(jié)構(gòu)的聲學(xué)性能。 本文在分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)方程和聲輻射方程基礎(chǔ)上，建立了以結(jié)構(gòu)聲輻射功率為目標(biāo)函數(shù)的結(jié)構(gòu)-聲輻射優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，分析了結(jié)構(gòu)-聲輻射功率靈敏度。在文章中，分析了進(jìn)行結(jié)構(gòu)-聲輻射多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的基本流程，通過集成有限元軟件和邊界元軟件，在多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化平臺上運(yùn)用遺傳算法進(jìn)行結(jié)構(gòu)-聲輻射優(yōu)化分析。為建立一個(gè)聲壓目標(biāo)函數(shù)與聲功率目標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系式，并評價(jià)場點(diǎn)的聲壓問題，引入了球形包絡(luò)面

3、模型。 在計(jì)算實(shí)例中，研究了結(jié)構(gòu)-聲輻射的尺寸優(yōu)化、肋骨分布優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化問題。結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化分析了空氣中的加肋板結(jié)構(gòu)的聲輻射優(yōu)化問題和在水中的有限長雙層加肋圓柱殼結(jié)構(gòu)的聲輻射優(yōu)化問題。同時(shí)，運(yùn)用聲輻射功率靈敏度信息結(jié)合泰勒展開式，對加肋圓柱殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)-聲輻射優(yōu)化。以肋骨的位置為設(shè)計(jì)變量，進(jìn)行了肋骨分布優(yōu)化。此外，基于改進(jìn)漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化法理論，對平板的結(jié)構(gòu)-聲輻射拓?fù)鋬?yōu)化進(jìn)行了探索性研究。 最后分別運(yùn)用聲輻射功率靈敏度

4、信息和多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化平臺對某型號潛艇艉部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)-聲輻射優(yōu)化分析。數(shù)值計(jì)算表明，通過優(yōu)化其聲學(xué)性能有了很大的改善，優(yōu)化是有成效的。 在本文完成的主要工作有： (1)運(yùn)用保角映射理論，研究了直角空間域內(nèi)的結(jié)構(gòu)聲輻射問題，分析了邊界特性對聲輻射功率和聲指向性的影響，研究成果開拓了結(jié)構(gòu)-聲輻射邊界特性的研究范圍。 (2)運(yùn)用結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)方程和聲輻射方程，推導(dǎo)了聲輻射功率的靈敏度公式。并將功率靈敏度信息用于加肋圓柱