薄板结构加筋布局优化设计方法研究

提出一种两步优化策略,以加筋板结构的固有频率最大化为目标函数,以结构所受外载荷作用的最大静变形为约束条件,开展薄板结构加筋构件的布局优化设计研究。为了降低加筋布局优化的难度,提高优化设计的效率,将加筋等效为一系列弹性铰(点)支撑,以便快速获得加筋横向移动的灵敏度信息。在基本不改变结构重量的情形下,通过合理布局加筋位置,能显著改善结构的刚度分布,提高结构的整体承载能力。随后,小幅调整加筋的截面尺寸,以满足对结构最大变形的设计要求。最后,用两个算例验证了所提优化方法的可行性和有效性。     

金属栅格加筋结构的并行协同优化方法

栅格加筋板的主要失效形式为整体屈曲和局部屈曲,据此提出了一种栅格加筋板布局的并行协同优化方法,将设计变量分为整体设计变量与局部设计变量,在两个子空间中并行优化,然后进行系统级协调,反复迭代至收敛。两个典型算例结果表明,本文方法优化流程清晰、算法稳定且结果可靠,可以获得最优解。     

考虑几何缺陷的非均匀加筋圆柱壳结构优化设计

为了提高加筋圆柱壳结构的承载能力,提出了一种新型的非均匀加筋圆柱壳结构设计方案,其中加筋圆柱壳筋条体系采用非均匀布置的方式.本文基于非线性显式动力学方法对非均匀加筋圆柱壳进行了稳定性分析,得到了壳体完善结构和缺陷结构的承载能力.研究结果表明:在不改变结构质量的情况下,非均匀加筋圆柱壳结构以降低壳体两端刚度和增强壳体中部...     

爆炸载荷作用下加筋板的失效模式分析及结构优化设计

通过对爆炸载荷下具有1根加强筋的固支矩形加筋板的有限元模拟,探讨了抗爆加筋板结构优化设计方法,分析了加筋板的失效模式以及加强筋相对刚度和冲击载荷强度对加筋板失效模式的影响,指出了失效模式Ⅰ下的3种变形模态以及失效模式Ⅱ下的2种子失效模式,得到了失效模式Ⅰ下加强筋和加筋板最大挠度的近似计算公式,提出了单根加筋板的两种失效模式的判别条件,并对具有1根加强筋的固支矩形加筋板抗爆结构进行了优化设计。结果表明,通过数值模拟或模型实验可以求得任意加筋板结构由发生塑性大变形到发生破损的临界条件,从而确定抗爆性能最强时加筋板的质量与加强筋横截面尺寸及间距间的关系,实现对抗爆加筋板结构的优化设计。     

多变量单元结构共振解耦动力优化设计方法

针对截面多变量单元结构的动力优化问题,建立了带频率约束的结构动力优化设计模型,对隐式非线性频率约束函数进行Taylor近似展开,给出了截面多变量单元频率梯度函数显式表达式,基于Kuhn-Tucker条件构建迭代算法,其中拉格朗日乘子通过建立联合方程组求解,形成了含多变量单元共振解耦优化设计方法。以矩形截面单元结构为算例的结果表明,所给单元多变量算法具有良好的准确性;截面变量对频率的贡献存在主次之分,区分指标可采用梯度值;次要变量的修正因子迭代中可采用定值,且其下限应尽可能降低,利于节约成本。本文工作对多变量复杂截面结构动力优化设计可提供理论指导,提高结构动力优化方法的适用性。     

无粘结预应力双向板优化设计方法研究

本文在对无粘结预应力双向板两个方面平衡载荷分配方案分析的基础上,建立了两个方向预应力筋面积与总平衡荷载的关系式,在满足极限状态、正常使用极限状态和构造要求的条件下,使结构的造价达到最佳。     

面向压电智能结构精确变形的协同优化设计方法

智能结构集智能材料与传统材料于一体,能够实现结构的主动控制,在航空航天等领域具有巨大的应用潜力.由于其系统复杂且具有多场耦合效应,智能结构的整体式优化设计方法成为结构控制技术研究的关键之一.为了提高压电智能结构的整体性能和变形精度,提出了同时考虑压电驱动器布局(分布位置及角度)和基体结构拓扑构型的协同优化设计新方法.采用多点约束方法 (multi-point constraints,MPC)建立压电驱动器和基体结构的连接,定义一种与测量点目标位移相关的权重函数,以实现结构的精确变形控制.通过协同优化设计,压电驱动器可以获得最优的分布位置及角度,同时基体结构获得最优的拓扑构型,从而提升了压电智能结构系统的整体驱动性能和变形精度.通过进一步分析,研究了精确变形、体分比约束与结构优化构型和整体刚度的关系,以及优化结果中可能存在的传力路径畸变现象.数值算例的设计结果表明,采用协同优化设计方法,能够扩大结构的寻优空间,有效减小变形误差,实现压电智能结构的精确变形控制.     

飞机活动翼面的结构布局方法研究

 为探讨飞机活动翼面结构布局方法，提供一种用于结构方案论证时的新方法. 采 用模块化策略作为技术途径，表现为将CAD, CAE和结构拓扑优化组合使用，以UG作为CAD 几何造型平台，以ANSYS作为CAE建模平台，利用``敏度阀值'概念和``约束补偿'措施构 造出一种拓扑优化新算法. 以实际飞机型号作为算例，优化结果与真实的结构布局形式相比 较，能够指出传统设计的不足之处，既验证了建立的物理模型的合理性，又考核了该 优化算法的有效性.     

结构形状优化设计数值方法的研究和应用

本文论述了连续体结构形状优化设计数值方法的研究和应用进展,讨论了结构模型化、灵敏度分析、优化方法改进、优化实用软件开发以及同CAD技术相结合等问题,介绍了在结构优化设计软件MCADS中采用的方法,并通过工程实例说明了结构形状优化设计的应用及其价值。     

HWB中央机体结构非线性分析与方案优化设计方法研究

作为下一代大型民用飞机最具发展潜力的机型之一,翼身融合布局民机一直以来备受关注;而其非圆截面机身结构承载效率低和稳定性差等问题曾成为制约该机型发展的主要结构设计难题,由波音公司和NASA共同提出的基于PRSEUS的中央机体结构为解决这一难题提供了技术途径。为了深入研究翼身融合布局民机中央机体结构的承载特性、非线性分析方法及其优化策略,本文针对基于PRSEUS的HWB中央机体结构,依据其几何设计要求和复杂载荷特征,建立了高保真有限元模型及其边界、载荷施加方式;依据典型载荷工况,开展了HWB中央机体结构非线性分析;最后,利用多岛遗传优化算法,对HWB中央机体结构进行了方案优化设计。对比已有文献,结果表明:HWB中央机体结构非线性分析方法具有较好的变形分布预测能力;所提出的方案优化设计策略具有一定的工程应用价值。     

Large deflection dynamic plastic response of clamped square plates with stiffeners

The large deflection dynamic plastic response of fully clamped square plates with stiffeners under blast load is analyzed in detail in this paper. Various relevant motion patterns and criterions are presented. The formulas of maximum permanent deformation of the plates with stiffeners are derived. The results of. calculation are compared with those of experiment in [3], with good agreement shown in most cases.     

基于遗传算法的舰载IMU优化布局

惯性测量单元（IMU）用来为舰载武器系统提供准确的姿态并实时监测舰船甲板的变形，对其数目和位置进行优化具有重要的实用价值．提出了多IMU优化布局的原则，建立了舰载IMU优化布局的数学模型，采用遗传算法对IMU的布局进行了优化求解。仿真结果表明，舰载IMU的布局是影响甲板变形估计精度的一个重要因素，通过对IMU的布局进行优化，减少了舰载武器系统所需IMU的数量；利用优化布局后IMU的输出信息对全舰甲板变形进行估计，估计精度有很大提高。     

ANALYTICAL RELATIONS BETWEEN EIGENVALUES OF CIRCULAR PLATE BASED ON VARIOUS PLATE THEORIES

Based on the mathematical similarity of the axisymmetric eigenvalue problems of a circular plate between the classical plate theory(CPT), the first-order shear deformation plate theory(FPT) and the Reddy's third-order shear deformation plate theory (RPT), analytical relations between the eigenvalues of circular plate based on various plate theories are investigated. In the present paper, the eigenvalue problem is transformed to solve an algebra equation. Analytical relationships that are expressed explicitly between various theories are presented. Therefore, from these relationships one can easily obtain the exact RPT and FPT solutions of critical buckling load and natural frequency for a circular plate with CPT solutions. The relationships are useful for engineering application, and can be used to check the validity, convergence and accuracy of numerical results for the eigenvalue problem of plates.     

弹性体的正则方程和加筋板的固有频率分析

应用弹性力学的Hamilton正则方程理论和其半解析法，为整体加筋板的固有频率分析提出了一种新颖的数学模型. 采用同一种平面元素离散板和加强筋，并分别建立板和加强筋的线性方程组. 考虑到板和加强筋连接界面上应力和位移的连续性，联立板和加强筋的方程得到全结构的方程组和求解固有频率的特征方程. 主要优越性表现为：结构的旋转惯性、剪切变形等都得到了考虑，且不限制结构的板厚度和加强筋的高度. 多个数值实例的收敛分析和结果证明了方法是可靠的. 该方法很容易被修改用来分析加筋壳、加筋压电材料层合板或带有压电材料传感器和驱动器块的板壳问题.     

考虑设计规范的海洋平台结构选型优化

针对具体海洋环境条件和生产要求,对导管架平台结构进行选型优化——拓扑布局与构件尺寸的联合优化,充分考虑设计规范的要求,建立多设计准则、多约束条件和多荷载工况的设计模型,其中环境荷载包括：风、浪、流、海冰从不同方向对平台的作用。通过结构选型优化获得最佳的结构拓扑布局形式,在降低平台造价的同时,设计出满足结构的稳定特性、安全寿命等多种设计准则的新型平台结构。     

平板网架结构分析的超级有限元法

本文给出一种二维矩形超级单元，用以分析平板网架结构，其做法是将大型平板网架结构离散成一系列矩形超级单元，考虑弯曲、剪切、挤压、拉压、翘曲等多种非经典变形效应，采用构件自由度向超级元自由度的转换把大型多构件问题的求解变为二维问题的求解，可大大减少未知量，又能保证精度，并可方便地与一般有限元软件连接。     

基于无网格法的非均匀弹性地基上变厚度加筋板弯曲与固有频率分析

采用基于移动最小二乘近似的无网格方法并结合一阶剪切变形理论,分析了非均匀弹性地基上变厚度加筋板的弯曲和固有频率问题.首先,用节点对变厚度板和筋条分别进行离散,导出变厚度板和筋条的势能;其次,利用筋条与变厚度板之间的位移协调条件将筋条的节点参数转换为板的节点参数,再将两者的势能进行叠加得到变厚度加筋板的总势能,并根据能量...     

采用包络-准则法优化考虑瞬态传热的薄板结构

刚度和强度是薄板结构的两个主要性能。在瞬态传热过程中,考虑热-力耦合,随时间和空间变化的非均匀温度场在结构中会引起热变形和热应力,温度场随时间变化的规律和空间分布依赖于板的厚度变化,进而影响板的刚度和强度。因此,考虑瞬态传热的薄板优化问题具有更强的非线性,更加难以求解。本文给出一种包络-准则方法处理这类结构优化问题。首先,针对外力荷载,进行一个结构柔顺性的优化设计;以这一设计为基础,通过瞬态热-力耦合分析及优化准则,计算多个时刻的优化设计变量并取其包络,对上述优化结果进行迭代修正,以消除瞬态温度场作用下较高的局部应力。优化算例表明,该方法对于考虑瞬态传热薄板优化问题有效。     

面向增材制造的双蒙皮夹层结构加筋拓扑优化方法

双蒙皮夹层结构是航空航天装备中的特殊承力结构,其典型代表为发动机尾喷管中的同步环构件。近年来,增材制造技术为该类薄壁结构的创新型设计提供了有利条件。但增材制造有其特殊的工艺要求,基于传统拓扑优化得到的设计结果往往存在大量的悬空区域,无法直接应用于增材制造工艺。因此,需要在优化设计阶段统筹考虑结构的力学性能和自支撑工艺约束。针对上述问题,本文提出了一种面向增材制造的双蒙皮夹层薄壁结构加筋拓扑优化方法,可在一次优化中同时得到优化的加筋布局和非均匀点阵分布,从而解决悬空结构的支撑问题,确保优化结果的工艺可达性。为了平衡计算成本和分析精度,本文采用渐进均匀化方法来求解不同类型单胞等效弹性性能,以适应不同复杂单胞构型。基于上述方法,本文给出了某发动机同步环结构的拓扑优化算例,结果表明,本文优化设计方法可以实现双蒙皮夹层结构中夹层加筋和点阵的共同优化,为航空航天装备中发动机同步环结构轻量化设计提供了思路。