基于切割单元的瞬态振动声学问题拓扑优化用于宽带滤波器设计
最优化与控制
2023-06-28 v1 计算工程、金融与科学
摘要
本文关注瞬态振动声学问题的形状与拓扑优化。主要贡献是一种瞬态问题公式，其能够对工业中常关注的、带有复杂信号的宽频率范围进行优化。该工作采用时域方法实现频域中的宽带优化。为此，目标函数在频域中定义，其中系统的频率响应通过对系统瞬态响应使用快速傅里叶变换（FFT）算法获得。该工作利用参数化水平集方法隐式定义几何，其中零水平集描述声学域与结构域之间的界面。采用切割单元法在固定背景网格上通过一种能精确分辨界面的特殊积分方案来捕捉几何。这允许对强耦合振动声学系统获得精确解，而无需在每次设计更新时重新网格化。本工作依赖于高效的基于梯度的优化器，其中采用离散伴随方法计算目标与约束函数的灵敏度。给出了涉及定义频域目标函数所需 FFT 操作的一致性灵敏度计算的详尽说明。最后，将所开发框架应用于多种振动声学滤波器设计，并使用具有稳态时谐公式的商业有限元软件验证了优化结果。
引用
@article{arxiv.2306.15325,
title = {Topology optimization of transient vibroacoustic problems for broadband filter design using cut elements},
author = {Cetin B. Dilgen and Niels Aage},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.15325},
year = {2023}
}