基于混合有限元-边界元耦合的拓扑优化

【作者】 赵文畅； 陈海波；

【机构】 中国科学技术大学近代力学系中国科学院材料力学行为和设计重点实验室；

【摘要】 声振耦合系统在拓扑优化过程中,声-固耦合面往往随着设计变量发生变化,这为敏感度的计算带来额外的困难。针对这一点,本文采用混合有限元方法同时模拟结构和流场,从而避免了耦合面变化导致的梯度计算,并且采用边界元模拟吸声边界条件来表征无限域的影响。基于该方法,可以进行无限声场包围中结构振动的拓扑优化,以实现减振降噪等目的。此外,本文还考虑了结构和声场之间的强耦合作用,这一点保证了密度较大流体(如水)等情况下分析的正确性。基于密度法和伴随变量法,本文给出了强耦合情况下系统敏感度分析的表达式,并且采用快速多极算法提高边界元部分的计算效率。数值算例验证了所提方法的可行性,并且对计算效率进行了相应的考察。更多还原