بهينه سازي ويبروآكوستيك ورق تقويت شده در تماس با آب

Vibro-acoustic optimization of submerged stiffened plate

با توجه به اهميت بررسي و كنترل پاسخ آكوستيكي سازه‌هاي مرتعش در تماس با آب در اين تحقيق هدف، بهينهسازي توان آكوستيكي منتشر شده از يك ورق مربعي تقويت شده تحت تحريك هارمونيك با جرم متمركز و نيز جرم و فنر (جاذب ديناميكي) به شكل اندركنش كامل مي‌باشد. در اين راستا در ابتدا براي لحاظ نمودن اثر متقابل سازه و سيال، تاثير سيال به شكل ماتريس جرم افزوده مختلط و اصلاح ماتريس جرم سازه‌ حاصل از اجزا محدود در نظر گرفته شده است. محاسبه ماتريس اصلاحي جرم به روشهاي انتگرال ريلي و نيز المان مرزي صورت گرفته است. با استفاده از نتايج حاصل از حل عددي معادلات اصلاح شده سيستم، پارامترهاي آكوستيكي نظير فشار آكوستيك در نقطه دلخواه و نيز توان صوتي انتشاري از سازه محاسبه گرديده است. مقايسه نتايج حاصله از اين دو روش با نتايج حاصل از شبيه سازي اجزا محدود و ديگر نتايج در دسترس، نشان از صحت، دقت و سرعت مناسب روش مذكور دارد. از آن جا كه فرايند بهينه سازي فارغ از روش استفاده شده، شامل چندين برآورد از تابع هدف در فضاي متغيرهاي طراحي مي باشد، براي كاهش مرتبه از روش ماتريس مودال ناقص استفاده و كارايي آن بررسي شده است. در ادامه، بهينه سازي به روش ژنتيك در سه حالت "جرم متمركز"، "جاذب ديناميكي" و "تركيبي از جرم متمركز و جاذب" براي تابع هدف مناسب انجام شده است كه در هر سه حالت به ويژه حالتهاي دوم و سوم به كاهش قابل توجهي در تابع هدف منجر شده است.

Due to the importance of acoustic response control of submerged vibrating structures, in this study, the optimization of acoustic power radiation from a square stiffened plate under harmonic loading was investigated. Since one face of the plate is in contact with water, a fully coupled analysis was used. The effect of fluid in the analysis was considered via added mass matrix. The added mass matrix was obtained based on both Rayleigh integral and the boundary element approaches. The obtained added mass matrix was then added to the mass matrix of the structure calculated from the finite element discretization of plate. Several variables such as acoustic pressure at specific points and also radiated power were calculated. Results show good agreement between obtained results from the Rayleigh integral and the boundary element. To reduce the radiation power, dynamic absorbers in the form of lumped mass and mass-springs in specific locations on the plate surface were considered. Because optimization procedure requires several evaluations of cost function in the design variable space, model reduction can save a great amount of computational effort. Therefore, the truncated modal matrix was employed and its effectiveness and precision on the obtained results were studied. Finally, Genetic Algorithm (GA) was used for minimizing the appropriate goal function in three case studies: concentrated mass on cross-points, dynamic absorbers on cross-points and combination of two former cases. All the studied cases resulted in significant reduction in the goal function index.