一种含全局振动模态识别的结构优化方法和系统与流程

技术特征：

1.一种含全局振动模态识别的结构优化方法，其特征在于，包括：

步骤S1，确定有限元模型和优化模型，其中，初始的有限元模型和优化模型按照初始设计的结构参数建立，并在所述优化模型中添加全局模态频率约束；

步骤S2，对所述有限元模型进行模态分析；

步骤S3，根据模态分析的分析结果搜寻所述全局模态频率约束中指定的全局振动模态：

步骤S4，若未搜寻到所述全局模态频率约束中指定的所有自由度的全局振动模态，则增加模态分析求解阶数，返回步骤S2重新进行模态分析；

步骤S5，若搜寻到所述所有自由度的全局振动模态，采用所述所有自由度的全局振动模态更新优化模型中的全局模态频率约束；

步骤S6，建立近似优化问题；

步骤S7，采用更新全局模态频率约束后的优化模型进行寻优，其中，若所述近似优化问题收敛，则停止寻优，否则返回步骤S1，根据当前寻优结果更新所述优化模型的设计变量并修改所述有限元模型的对应结构参数，以重新确定有限元模型和优化模型。

2.根据权利要求1所述的含全局振动模态识别的结构优化方法，其特征在于，

步骤S2中模态分析的分析结果为每个自由度的多个模态的有效质量分数；

步骤S3具体为：判断一个自由度的多个模态的有效质量分数中是否存在一个或多个值大于预设的有效质量分数阈值，若存在，则所述自由度的多个模态的有效质量分数中的最大值对应的模态为全局振动模态。

3.根据权利要求1所述的含全局振动模态识别的结构优化方法，其特征在于，步骤S6具体为：

对有限元模型进行结构分析和敏度分析；

根据所述结构分析和敏度分析的分析结果建立所述近似优化问题。

4.根据权利要求1所述的含全局振动模态识别的结构优化方法，其特征在于，步骤S1中建立的优化模型的数学表达式为：

$\left\{\begin{array}{cc}\min & F\left(X\right)\\ s.t.& g_j\left(X\right)\≤0,\left(j=1,2,...,m\right)\\ & x_i^L\≤x_i\≤x_i^U,\left(j=1,2,...,n\right)\end{array}\right.$

其中，X＝{x₁，x₂，…，x_n}^T，xi为独立的设计变量，F(X)和gj(X)分别表示目标函数和约束函数，m为总的约束个数，和是对应设计变量xi的上、下限。

5.根据权利要求4所述的含全局振动模态识别的结构优化方法，其特征在于，所述约束函数为：

$g_j\left(X\right)=1-\frac{f_l}{{\stackrel{\‾}{f}}_l}$

其中，f_l为第1个自由度上的全局振动模态频率，为所述第1个自由度上的全局振动模态频率的约束下限。

6.根据权利要求5所述的含全局振动模态识别的结构优化方法，其特征在于，步骤S7中寻优时采用二级多点逼近优化算法。

7.根据权利要求1所述的含全局振动模态识别的结构优化方法，其特征在于，所述方法还包括：

在停止寻优之后，重新对有限元模型进行模态分析和后处理，以检验优化结果是否满足设计要求。

8.一种含全局振动模态识别的结构优化系统，其特征在于，包括：

有限元前后处理模块，用于确定有限元模型和优化模型，其中，初始的有限元模型和优化模型按照初始设计的结构参数建立，并在所述优化模型中添加全局模态频率约束；

结构分析模块，用于对有限元模型进行模态分析；

模态识别模块，用于根据模态分析的分析结果搜寻所述全局模态频率约束中指定的全局振动模态，并采用搜寻到的所有自由度的全局振动模态更新优化模型中的全局模态频率约束；

寻优模块，用于建立近似优化问题，并对更新全局模态频率约束后的优化模型进行寻优，其中，若所述近似优化问题收敛，则停止寻优；

其中，所述结构分析模块还用于在所述模态识别模块未搜寻到所述所有自由度的全局振动模态时，增加模态分析求解阶数，重新进行模态分析；

所述有限元前后处理模块还用于在所述近似优化问题不收敛时，根据当前寻优结果更新所述优化模型的设计变量并修改所述有限元模型的对应结构参数，以重新确定有限元模型和优化模型。

9.根据权利要求8所述的含全局振动模态识别的结构优化系统，其特征在于，

所述结构分析模块进行模态分析的分析结果为每个自由度的多个模态的有效质量分数；

所述模态识别模块具体用于判断一个自由度的多个模态的有效质量分数中是否存在一个或多个值大于预设的有效质量分数阈值，若存在，则所述自由度的多个模态的有效质量分数中的最大值对应的模态为全局振动模态。

10.根据权利要求8所述的含全局振动模态识别的结构优化系统，其特征在于，所述结构分析模块还用于对有限元模型进行结构分析和敏度分析，以使所述寻优模块根据所述结构分析和敏度分析的分析结果建立所述近似优化问题。