河北工业大学学报2024，Vol.53Issue(1) ：1-10.DOI:10.14081/j.cnki.hgdxb.2024.01.001

声子晶体能带结构仿真的CS-FEM方法及其在拓扑优化设计中的应用

Smoothed finite element method and an application in topological optimization design for phononic crystals

赵跃 王刚
河北工业大学学报2024，Vol.53Issue(1) ：1-10.DOI:10.14081/j.cnki.hgdxb.2024.01.001
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声子晶体能带结构仿真的CS-FEM方法及其在拓扑优化设计中的应用

Smoothed finite element method and an application in topological optimization design for phononic crystals

赵跃 1王刚2
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作者信息

  • 1. 河北工业大学 机械工程学院,天津 300401;河北工业大学 国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心,天津300401
  • 2. 河北工业大学 机械工程学院,天津 300401;河北工业大学 国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心,天津300401;天津市新能源汽车动力传动与安全技术重点实验室,天津 300130
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摘要

针对声子晶体拓扑优化设计时能带结构和灵敏度计算效率低的缺陷,构造了一种Cell-based光滑有限元法模型(CS-FEM),并结合双向渐进结构优化法(BESO)实现了声子晶体的带隙最大化设计.基于四边形单元构造光滑子域,将梯度光滑技术与Bloch定理结合,构建了声子晶体能带结构计算的CS-FEM数值模型,并将其用于正问题的仿真模拟.在渐进优化准则下,通过BESO算法完成了声子晶体的优化设计.数值算例表明:CS-FEM能够适当软化离散系统的刚度,提供更加准确、高效的能带结构仿真结果;基于CS-FEM进行正问题的计算,在优化设计中得到了最优的拓扑构型,并有效地提高了优化效率,对于实现声子晶体的高效设计具有重要的参考价值.

关键词

声子晶体/拓扑优化/光滑有限元法/梯度光滑技术/双向渐进结构优化法

Key words

phononic crystals/topological optimization/smoothed finite element method/gradient smoothing technique/bidirectional evolutionary structural optimization

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基金项目

国家自然科学基金资助项目(12072099)

国家自然科学基金资助项目(11702080)

国家自然科学基金资助项目(11832011)

河北省自然科学基金资助项目(A2018202205)

出版年

2024
河北工业大学学报
河北工业大学

河北工业大学学报

CSTPCD
影响因子：0.344
ISSN：1007-2373
参考文献量18
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