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Krylov-Arnoldi降阶建模框架,用于高效、完全耦合的结构-声学优化。 (英语) 兹比尔1274.74450

小结:在这项工作中,开发了一种降阶多学科优化程序,以实现对柔性结构系统支撑的内腔进行高效、低频、无阻尼和阻尼、完全耦合的结构-声学优化。这种新方法不需要求解传统的基于特征值的问题来减少优化过程中的计算时间,而是基于计算属于诱导Krylov子空间的Arnoldi向量。构造这种降阶模型的关键思想是在不影响耦合系统的噪声传递函数的情况下,去除不可控、不可观测和弱可控的可观测部分。采用统一的方法,在约束复合材料板/棱镜-腔耦合系统上验证了优化框架的有效性。对于完全耦合、振动-声学、无约束优化问题,设计变量采用封闭声学腔的复合结构堆叠序列的形式。优化的目标是降低驾驶员耳朵位置的声压级。结果表明,与直接方法相比,通过在优化框架中加入降阶建模程序,可以显著减少计算时间,而不会损失任何精度。该方法可以证明是分析和优化复杂耦合结构-声学系统的一个有价值的工具,其中,除了快速分析外,通常还需要良好的频率分辨率。

MSC公司:

74S05号 有限元方法在固体力学问题中的应用
74页99 固体力学中的优化问题
65K10码 数值优化和变分技术
2005年第76季度 水力和气动声学
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Abramson MA,Audet C(2006)网格自适应直接搜索到二阶平稳点的收敛性。SIAM J Optim公司17(2):606–619·Zbl 1174.90877号 ·doi:10.1137/050638382
[2] Ali A、Rajakumar C、Yunus SM(1995)《使用边界元法进行声学特征值分析的进展》。计算结构56(1):837–847·Zbl 1002.76539号 ·doi:10.1016/0045-7949(95)00012-6
[3] ANSYS(2005)V10理论手册。http://www.ansys.com网站 . 2005年12月6日查阅
[4] Antoulas AC(2003)《大型动力系统的近似》,第1版。费城工业和应用数学学会。国际标准图书编号:0-89871-529-6
[5] Atalla N,Bernhard RJ(1994),《低频结构-声学问题数值解综述》。应用科学43(5):271–294·doi:10.1016/0003-682X(94)90050-7
[6] Audet C,Dennis JE Jr(2002)《广义模式搜索分析》。SIAM J Optim公司13(3):889–903·Zbl 1053.90118号 ·doi:10.137/S1052623400378742
[7] Audet C,Dennis JE Jr(2004)无导数非线性规划的模式搜索滤波方法。SIAM J Optim 14(4):980–1010·Zbl 1073.90066号 ·doi:10.1137/S105262340138983X
[8] Audet C,Dennis JE Jr(2006)约束优化的网格自适应直接搜索算法。SIAM J Optim 17(1):188–217·Zbl 1112.90078号 ·数字对象标识代码:10.1137/040603371
[9] Bai ZJ(2002)大型动力系统降阶建模的Krylov子空间技术。应用数字数学43:9–44·Zbl 1012.65136号 ·doi:10.1016/S0168-9274(02)00116-2
[10] Bai ZJ,Meerbergen K,Su YF(2005)二阶动力系统保结构降维的Arnoldi方法。大规模系统的降维。Lect Notes计算机科学与工程45:173–189·Zbl 1079.65530号 ·doi:10.1007/3-540-27909-1_7
[11] Bathe KJ(1995)有限元程序,第1版。普伦蒂斯·霍尔,恩格尔伍德悬崖。国际标准图书编号:0-13-301458-4
[12] Bathe KJ,Nitikitpaiboon C,Wang X(1995)声-流-结构相互作用的基于混合位移的有限元公式。摘自:《计算机与结构:非线性有限元分析与ADINA第十届会议论文集》,第56卷,第2-3期,第225-237页
[13] Belegundu AD、Salagame RR、Koopmann GH(1994)声功率最小化的一般优化策略。结构多盘Optim 8(2–3):113–119·doi:10.1007/BF01743306
[14] Bowy S,Charron F(1999)粘弹性和多孔弹性材料圆柱壳结构的振动声响应。应用科学杂志58(2):131–152·doi:10.1016/S0003-682X(98)00070-X
[15] Bouillard P,Ihlenburg F(1999)声学中有限元方法的误差估计和自适应性:2D和3D应用。计算方法应用机械工程176(17):147–163·Zbl 0954.76040号 ·doi:10.1016/S0045-7825(98)00334-X
[16] Brebbia C,Telles J,Wrobel L(1984)《边界元技术:理论与工程应用》,第1版。柏林施普林格·Zbl 0556.73086号
[17] Bregant L、Miccoli G、Seppi M(2005)《建筑机械驾驶室振动-声学分析与优化》。摘自:NAFEMS 2005年世界大会会议记录。马耳他圣朱利安,第1-14页
[18] Choi KK,Kim NH(2004)《结构敏感性分析与优化》,第1版。柏林施普林格
[19] Coyette JP,Fyfe KR(1990)从边界元模型中提取声学特征模式的改进公式。《可控震源声学杂志》112(1):392–397·doi:10.1115/1.2930521
[20] Craggs A(1969)耦合声-机械系统的瞬态响应。NASA承包商报告,CR1421:1–82
[21] Craggs A(1971)使用板和声学有限元的耦合板-声学系统的瞬态响应。J声音Vib 15:509–528·doi:10.1016/0022-460X(71)90408-1
[22] Craggs A(1973)一种声学有限元方法,用于研究边界灵活性和不规则外壳之间的声音传输。J Sound Vib杂志30:343–357·doi:10.1016/S0022-460X(73)80243-3
[23] Crane SP、Cunefare、KA、Engelstad SP、Powell EA(1997)《气缸内噪声传递最小化设计优化公式的比较》。航空工程技术杂志34(2):236–243
[24] Davidson P(2004)结构-声学分析:有限元建模和简化方法。瑞典隆德大学LTH结构力学系博士论文
[25] Desmet W(1998)耦合振动-声学分析的基于波的预测技术。比利时鲁汶卡索利克大学机械工程系博士论文
[26] Desmet W,Vandelitte D(2002)中频振动-声学建模:挑战和潜在解决方案。摘自:ISMA’2002年噪声与振动工程国际会议论文集,第2卷,第835-862页
[27] Desmet W,Vandepitte D(2005)高级数值声学:有限元方法。收录:ISAAC 2005课程笔记:高级数值声学,第1–208页
[28] Dong J,Kim NH(2003)使用伴随变量法的FEA-BEA进行结构-声学问题的设计优化。收录:第44届AIAA/ASME/ASCE/AHS结构、结构动力学和材料会议论文集。美国佛罗里达州盖恩斯维尔,第527-533页
[29] EPSRC–法拉第进步(2003)低NVH多材料汽车结构的设计和制造。工程和物理科学研究委员会(EPSRC),GR/S27245/(01):2003-2006
[30] Everstine GC(1981)流体-结构相互作用的对称势公式。J Sound Vib杂志79:157–160·doi:10.1016/0022-460X(81)90335-7
[31] Feng GC,Kiefling L(1976)流体结构有限元振动分析。航空工程技术杂志14(6):199–203·Zbl 0325.76017号
[32] Fernholz CM,Robinson JH(1998)分层角度对飞机内部噪声水平的影响。NASA兰利技术报告,98-10250:1–52
[33] Freund RW(2000)电路仿真中降阶建模的Krylov子空间方法。应用数学杂志123:395–421·兹伯利0964.65082
[34] Freund RW(2001)基于Krylov子空间的模型约简方法。数字分析3:1–53。http://cm.bell-labs.com/cs/doc/03:1–53 . 2001年4月3日在线访问
[35] Giunta AA(2002)在工程设计中使用数据采样、替代模型和数值优化。参加:第40届美国航空航天协会航空科学会议和展览,第1卷。美国内华达州里诺,第1-12页
[36] Giunta AA,Wojtkiewicz M,Eldred M(2003)计算模拟实验方法的现代设计概述。参加:第41届美国航空航天协会航空科学会议和展览,第1卷。美国内华达州里诺,第1-17页
[37] Haftka RT,Gurdal Z(1992)《结构优化要素》,第3版。柏林施普林格。ISBN-13:978-0792315056
[38] Harari I,Hughes JRT(1992)时间谐波声学问题的边界元和有限元方法的成本比较。计算方法应用机械工程97:77–102·Zbl 0775.76095号 ·doi:10.1016/0045-7825(92)90108-V
[39] Henderson B、Gerhart C、Lane S、Jensen E(2003),振动声发射保护实验。《美国科学院学报》114(3):2384–2392·数字对象标识代码:10.1121/1.4809177
[40] Ihlenburg F,Babuska I(1995)高波数亥姆霍兹方程的有限元解。第一部分:有限元法的“h”版本。计算数学应用30(1):9–37·Zbl 0838.65108号 ·doi:10.1016/0898-1221(95)00144-N
[41] Ihlenburg F,Babuska I(1997)高波数亥姆霍兹方程的有限元解。第二部分:有限元法的“h–p”版本。SIAM J数字分析34(1):315–358·Zbl 0884.65104号 ·doi:10.1137/S0036142994272337
[42] Kim NH、Dong J、Choi KK、Vlahopoulos N、Ma Z-D、Castanier MP、Pierre C(2003),顺序结构-声学问题的设计敏感性分析。J Sound Vib杂志263:569–591·doi:10.1016/S0022-460X(02)01067-2
[43] Kim NH、Choi KK、Dong J、Pierre C(2004)《使用FEM-BEM进行结构-声学问题的设计优化》。ASME机械设计杂志126(3):527–533·doi:10.1115/1.1701879
[44] Kim S,Lee J,Sung MH(1999)结构-声学模态耦合分析及其在车辆乘客舱降噪中的应用。J Sound Vib 225(5):989–999·doi:10.1006/jsvi.1999.2217
[45] Kleijnen JPC(2005)敏感性分析模拟实验的设计和分析概述。《欧洲运营研究杂志》164(2):287–300。可在http://ideas.repec.org/a/eee/ejores/v164y2005i2p287-300.html ·Zbl 1068.90104号 ·doi:10.1016/j.ejor.2004.02.005
[46] Koehler JR,Owen AB(1996)《计算机实验》。收录:Ghosh S,Rao CR(编辑)统计手册,第13卷,第261-308页·Zbl 0919.62089号
[47] Krylov AN(1931)关于在技术问题中确定小振荡频率的方程的数值解。Izv Akad Nauk SSSR Ser Fiz Mat公司4:491–539·JFM 57.1454.02标准
[48] Leslie D,Doelle D(1972)环境声学,第二版。伦敦麦格劳-希尔公司
[49] Lewis RM,Torczon V(1999)有界约束最小化的模式搜索算法。SIAM J Optim 9(4):1082–1099·Zbl 1031.90047号 ·网址:10.1137/S1052623496300507
[50] Lewis RM,Torczon V(2000)线性约束最小化的模式搜索方法。SIAM J Optim公司10(3):917–941·Zbl 1031.90048号 ·doi:10.1137/S1052623497331373
[51] Lewis RM,Torczon V(2002)一种全局收敛的增广拉格朗日模式搜索算法,用于一般约束和简单边界的优化。SIAM J Optim 12(4):1075–1089·兹比尔1011.65030 ·doi:10.1137/S1052623498339727
[52] Marburg S(2002a)《被动噪声控制的结构-声学优化发展》。建筑计算方法工程9(4):291–370·Zbl 1099.74538号 ·doi:10.1007/BF03041465
[53] Marburg S(2002b)结构-声学优化中壳体网格设计修改的一般概念:第一部分:概念的制定。财务要素分析38(8):725–735·Zbl 1100.74635号 ·doi:10.1016/S0168-874X(01)00101-9
[54] Marburg S,Hardtke HJ(2002)《结构-声学优化中壳体网格设计修改的一般概念:第二部分:轿车内部噪声问题中地板的应用》。有限元分析设计38(8):737–754·Zbl 1100.74636号 ·doi:10.1016/S0168-874X(01)00102-0
[55] Marsden AL(2004)通过优化形状设计进行空气动力学噪声控制。美国斯坦福大学机械工程系博士论文
[56] Marsden AL,Wang M,Dennis JE,Moin P(2004)《通过无导数优化抑制涡切噪声》。物理流体16(10):L83–L86·兹比尔1187.76332
[57] Matlab(2006)Matlab手册V7.0.4。http://www.matlab.com网站 . 2006年3月12日查阅
[58] McKay MD、Conover WJ和Beckman RJ(1979)在计算机代码输出分析中选择输入变量值的三种方法的比较。技术计量学21:239–245·Zbl 0415.62011号
[59] Meyer CD(2000)《矩阵分析与应用线性代数》,第1版。费城工业和应用数学学会。国际标准图书编号:0-89871-454-0
[60] Morand H,Ohayon R(1979)耦合流体-结构系统振动的子结构变分分析。国际J数字方法工程14(4):741–755·Zbl 0402.73052号 ·doi:10.1002/nme.16201400508
[61] Niyogi AG,Laha MK,Sinha PK(2000)层压复合材料外壳内声腔的耦合FE/BE分析。航空工程技术杂志72(4):345–357·数字对象标识代码:10.1108/00022660010340150
[62] Ohayon R(2004)流体-结构相互作用问题的简化模型。国际J数字方法工程60:139–152·Zbl 1060.74535号 ·doi:10.1002/nme.957
[63] Ohayon R,Soize C(1998)《结构声学与振动》,第1版。纽约学术出版社,ISBN-13:978-0125249454
[64] Olson LG,Bathe KJ(1985)《流体-结构相互作用分析:基于流体速度势的直接对称耦合公式》。计算结构21(1-2):21–32·Zbl 0568.73088号 ·doi:10.1016/0045-7949(85)90226-3
[65] Pal C,Hagiwara I(1993)结构-声学耦合问题的动态分析:通过组合优化同时多模态降低车辆内部噪声水平。有限元工程设计14:21–32·Zbl 0800.73443号
[66] Payne JL,Eppstein MJ(2005)一种用于寻找蛋白质晶体中重原子的模式搜索混合遗传算法。收录于:GECCO’05:2005年遗传和进化计算会议记录。ACM,纽约,第377-384页
[67] Pirk R,Desmet W,Pluymers B,Sas P,Goes LCS(2002)巴西运载卫星发射器整流罩的振动声学分析。摘自:ISMA’2002年噪声和振动工程国际会议论文集。比利时鲁汶大学,第2075–2085页
[68] Pluymers B(2006)稳态振动声学的基于波的建模方法。比利时鲁汶卡索利克大学机械工程系博士论文
[69] Puri RS(2008)基于Krylov子空间的直接投影技术,用于低频、全耦合结构声学分析和优化。英国牛津布鲁克斯大学机械工程与数学科学系技术学院博士论文
[70] Puri RS、Morrey D、Cipolla JL(2007a)基于单侧和双侧Arnoldi的模型降阶技术在全耦合结构声学分析中的比较。美国声学学会第153次会议。J Acoust Soc Am 121:3097(美国科学院学报)·doi:10.1121/1.4781994年
[71] Puri RS、Morrey D、Durodola JF、Morgans RC、Howard CQ(2007b)《结构-声学耦合降阶模型(ROMS)的比较:通过Arnoldi进行模态耦合和隐式力矩匹配》。附:第14届国际声音与振动大会(ICSV14),第1-8页
[72] Reid JK(1970)关于求解大型稀疏线性方程组的共轭梯度法。In:大型稀疏线性方程组,proc。conf.,第4卷。牛津圣凯瑟琳学院,第231-254页
[73] Saad Y(1981)求解大型非对称线性系统的Krylov子空间方法。数学计算37(155):105–126·Zbl 0474.65019号 ·doi:10.1090/S025-5718-1981-0616364-6
[74] Salagame RR,Belegundu AD,Koopman GH(1995),板辐射声功率的分析灵敏度。《可控震源声学杂志》117:43–48·doi:10.1115/12873865
[75] Schenck HA(1968)声辐射问题的改进积分公式。《美国科学院学报》44(1):41–58·Zbl 0187.50302号 ·数字对象标识代码:10.1121/1.1911085
[76] Simoncini V,Szyld DB(2007)线性系统Krylov子空间方法的最新计算发展。数字线性代数应用14:1–59·Zbl 1199.65112号 ·doi:10.1002/nla.499
[77] Su TJ,Craig RR(1991)无阻尼结构动力学系统的Krylov模型简化算法。AIAA指南控制Dyn 14(6):1311–1313·doi:10.2514/3.20789
[78] Torczon VJ(1997)关于模式搜索算法的收敛性。SIAM J Optim 7(1):1–25·Zbl 0884.65053号 ·doi:10.1137/S1052623493250780
[79] Tournour M,Atalla N(2000)结构-空腔系统受迫振动声响应的伪静态校正。《美国科学院学报》107(5):2379–2386·数字对象标识代码:10.1121/1.428624
[80] Wang X(1998)关于流体-结构相互作用问题的模式叠加方法。摘自:美国机械工程师协会动力学、声学和模拟研讨会论文集,第1-6页
[81] Wang X,Bathe KJ(1997),基于位移/压力的声-流-结构相互作用问题混合有限元公式。国际J数字方法工程40:2001–2017·兹伯利0886.73073 ·doi:10.1002/(SICI)1097-0207(19970615)40:11<2001::AID-NME152>3.0.CO;2瓦
[82] Zienkiewicz OC,Newton R(1969),浸没在可压缩流体中结构的耦合振动。摘自:《有限元技术国际研讨会论文集》,第15卷。德国斯图加特,第1-9页
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