基于遗传算法的压电曲壳结构的形状优化控制

【摘要】随着科学技术的飞速发展，人们希望能够更加精确地控制机械结构在复杂工作环境下维持原来的设计状态。然而，传统材料加工成品后，就不便于或者不可能在使用过程中监控它的性能。而且，一些精密仪器设备中的关键部件，在特殊的工作环境下不能达到预期的形状，也会使设备产生偏差甚至不能正常发挥作用。因此，需要采用主动干预的手段，来修正设备在工作过程中的偏差。压电元件质量轻，易于控制，在现代工程中被广泛应用，其中之一就是使用压电致动器，高效准确控制结构的形变使其满足工作要求。本文主要研究利用压电致动器控制曲壳类结构的形状。目的就是使用最少和最合理的压电片布置以及最合理的多点输入电压，对曲壳类结构实施最佳的形状控制。由于曲壳本身的特点，对压电曲壳的分析要比一般的直梁或平板结构更为复杂，因此有限元法成为分析壳体结构最主要的数值计算方法。本文采用8节点实壳单元，为了使单元能够克服剪切自锁、梯形自锁和厚度自锁并提高精度，进一步采用杂交应力和假设自然应变（HS-ANS）方法，构造了高效能的压电曲壳结构机电耦合实壳单元。使用遗传算法的优化思想，将需要设计的压电片位置和数目参量转化为字符串，利用组合优化对致动器的数目和位置的设计。在组合优化的基础上，利用数值优化，设计各致动器的作用电压。通过若干算例验证了本文给出的实壳单元和优化设计方法的有效性和高精度。本文的主要特点和创新是，构造的实壳单元和使用的遗传优化方法成功地对曲壳结构进行形状优化控制，它克服了自锁现象，解决了非连续变量的优化问题及多点输入问题，具有方法简单、效率高、精度好等优点，适用于任意曲壳类压电结构的形状控制设计并可推广到主动振动控制的优化设计中。
【作者】闫浩；
【导师】姚林泉；
【作者基本信息】苏州大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】压电壳；形状控制；遗传算法；实壳单元；应力杂交元；

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