遗传算法在声纳隔振模块参数优化方面的应用

    0 引言

    声纳隔振模块的隔振性能受到诸多因素的影响，例如，隔振模块长度、护套弹性模量、护套厚度、内部隔振组件的长度、间距和弹性模量以及激励频率等。 要提高其隔振性能就需要合理选择和确定各种参数。 但隔振模块参数与其隔振性能之间的关系是较为复杂的，从而就需要进行优化计算。 文献[1]利用简单管单元计算分析了隔振模块在水下的隔振性能，未能实现流固耦合的分析。 刘炳霞等[2]采用 ANSYS 三维模型对不同长度的隔振模块的隔振性能进行了分析。 但以上文献并未涉及参数优化方面的研究。 本文在建立隔振模块有限元模型的基础上，采用 ANSYS 参数化设计语言（APDL）和遗传算法相结合的方法编写了一套相应的遗传算法程序， 对隔振模块的有关参数进行优化，使得隔振模块的隔振效果达到最优。

    1 声纳隔振模块结构

    本文所分析的声纳隔振模块由护套、尼龙绳、隔振组件（支撑件）、连接器和充填剂等组成，是一个由质量、弹簧、粘性阻尼构成的系统。结构如图 1 所示。

    2 声纳隔振模块参数化模型的建立

    在隔振模块建模过程中，将相关的参数设置为变量参数，只要改变这些变量参数的赋值就能获得不同的模型，这种模型称之为参数化模型。 在参数化模型的建立过程中，将充油密度、护套弹性模量、隔振组件弹性模量等参数在建模过程中用参数变量替代，这样就可以不断调整参数的赋值，以得到不同参数的模型，进行不同参数对隔振性能的影响计算。 图 2 所示为特定参数下的隔振模块有限元模型。

    在参数化模型的基础上，进行一次完整计算和后处理过程，并读取其命令流文件，进行修改，就得到了隔振模块优化参数的命令流分析文件。 这个分析文件的建立也是隔振模块参数优化设计的基础。

    3 声纳隔振模块系统的优化设计

    优化的隔振模块系统采用图 2 所示的模型。 优化环境选取隔振模块所受拉力为 735N，激励力的幅值为 25N。

    优化变量及其上下限分别是：充油密度：600kg/m3到 900kg/m3；护套材料的弹性模量：1.0×106N ／ M2到 1．0×109N ／ w2； 隔振组件材料的弹到 1.0×109N ／ m2。

    优化目标是要求隔振模块在典型工作频率 20Hz 处的隔振量 LdB的值最大。 其数学模型描述如下：

LdB(s1,s2,s3)→max

s.t. 600≤s1≤900,1.0×106≤s2≤1．0×109，1.0×106≤s3≤1．0×109(1)