Page 18 - 《应用声学》2021年第2期

186 2021 年 3 月

形貌优化问题描述如下：(1) 优化目标：右围板
4 面板形貌优化
一阶模态频率最大化，提高右围板的刚度；(2) 设计
4.1 形貌优化基本理论 约束：筋的尺寸，其中筋的尺寸与原结构相同，起筋
宽度为65 mm，高度为10 mm，角度为60 ；(3) 设计
◦
结构优化的数学模型可表示为 [8]
变量：右围板模型节点相对壳单元中性面法向的扰
最小化: f (X) = f (x 1 , x 2 , · · · , x n ) , (4)
动。在 Optistruct 中进行优化计算，右围板优化结
约束条件: g j (X) 6 0 j = 1, · · · , m, (5)
构如图 8(a)所示。但是该优化结构筋的位置和形状
h k (X) = 0 k = 1, · · · , m h , (6) 毫无规律，很难制造，故在形貌优化的时，对筋采用
L
x 6 x i 6 x U i = 1, · · · , n, (7) 上下和左右对称约束，重新进行优化计算，结果如
i i
图 8(b)所示。
其中，X = x 1 , x 2 , · · · , x n 是设计变量；f(X) 是目标
基于形貌优化结果，并结合制造工艺性，设计
函数；g(X) 是不等式约束函数；h(X) 是等式约束
了右围板的最终结构如图9所示。
函数。
结构优化包含了拓扑优化、形貌优化、尺寸优
化、形状优化等，其中形貌优化是一种在板形结构
中寻找最优的加强肋分布的概念设计方法，用于设
计薄壁结构的强化压痕，在减轻结构重量的同时能
满足强度、频率等要求 [9] 。根据第 3 节驾驶室模态
贡献量的分析，确定了问题结构是右围板，右围板是
薄壁结构，故采用形貌优化，在其结构中找寻最优的
图 9 右围板设计的最终结果
加强肋分布设计，提高其刚度。 Fig. 9 The final structure of the right panel design

4.2 右侧围形貌优化
将右围板从驾驶室中单独提取出来，并将原有 70 ͖ӑҒ
͖ӑՑ
的加强筋删除，重新建立右围板的有限元模型，将其 60
作为设计区域，其中边界条件为约束右围板四周 x、 50
y、z 三个方向的平动自由度，释放旋转自由度，然后 ܦԍጟ/dB 40
对其进行形貌优化 [10] 。 30

20
10
40 80 120 160 200
ᮠဋ/Hz
(a) ࢺц1
80
͖ӑҒ
͖ӑՑ
70
(a) ͖ӑፇ౧1 60
ܦԍጟ/dB 50

40
30
20
40 80 120 160 200
ᮠဋ/Hz
(b) ࢺц2
(b) ͖ӑፇ౧2
图 10 驾驶室结构优化前后 NTF 曲线对比
图 8 右围板形貌优化结果 Fig. 10 Comparison curve of NTF before and af-
Fig. 8 Right panel shape optimization result ter cab structure optimization