基于工艺可行性的带频率禁区结构动态优化设计

　　动态优化设计是在结构静态强度满足的情况下，通过调整结构中质量和刚度分布，改善结构的动态特性。在过去的C#多年中，有大量文献涉及结构的频 率约束优化问题，如Diaz、Ma、Tenek、等都致力与这方面的研究;目前国内较为成熟的研究主要集中在通过静态有限元分析验证其静态刚度和强度G J H，以及进行模态试验分析获得固有频率上G K , L H。这里在参数优化的基础上，考虑优化结构在工艺上的可实现性，对一般的动态优化设计的步骤进行了改进，并在此基础上进行了某型车门带频率禁区的动态优化 设计，取得了较好的优化结果。"频率禁区的结构动态优化理论带频率禁区的动态优化方式是结构动态优化的一种方法。实际问题中，激励频率比较复杂，在进行动 态优化时不可能，也没有必要将所有的结构固有频率全部跳出激励频率范围，所以将常用激励频率范围设定为频率禁区，优化目标是结构模态频率不出现在频率禁区 范围内。在结构动态分析中，自振频率应由下列特征方程给出

     式(1)中!为自振频率，M" N是自振振型，G! H和 G# H分别是结构的总刚度阵和总质量阵，它们是由构件刚度矩阵LK」和构件质量矩阵}M}以及非结构质量矩阵I M}}组装起来的。解特征方程式(1>，可得按上升次序排列的。个特征值

　　上述的优化理论框图如图1所示。

　　2 基于工艺可行性的结构动态优化设计

　　计算机软件完成的结构动态优化设计只是参数意义上的优化。计算机软件不会考虑优化参数在工艺上的可实现性。软件分析的结果可能将结构某些部位材 料厚度取很小的数量级;或者材料厚度在结构的局部部位减少。这种优化结果在生产工艺上无法实现，只是一种概念化设计。动态优化后的结构工艺可行性有两层含 义，一要满足结构设计功能在生命周期内能得到安全有效的保证，要满足结构静态和动态的力学性能要求;二是

　　能保证结构在形状和生产工艺上不会发生较大变化，导致结构成本产生较大的提高。基于上述含义，考虑工艺可行性结构优化应在结构整体优化的基础 上，选择结构中对工艺变化影响较小的部件进行优化，同时结构动态特性对该部件的灵敏度值较大。为此，本文提出了结构动态优化工艺可行性研究框图，见图2。 结合实际工程应用，这里结合研究对象的工艺可行性，提出了改进的结构动态设计优化步骤。设计框图如图2所示。&算例某型车门装配在解放牌 CA612is2型城市客车上，其结构组成见图4。客车发动机额定功率下的激励频率为38.33Hz;客车待速时发动机的激励频率为8.33HZ。在经过 车门有限元模型验证可靠的前提下，对车门进行的约束状态下计算模态频率分析结果见表1。