加筋殼體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

《加筋殼體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教師完全了解“大連理工大學(xué)碩士、博士學(xué)位論文版權(quán)使用規(guī)定”，同意大連理工大學(xué)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大連理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，也可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文。作者簽名：睦絲蘭新虢強趁私p生年竺月壚日大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文引言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的加筋殼體結(jié)構(gòu)被廣泛地應(yīng)用于工程領(lǐng)域，比如海洋平臺結(jié)構(gòu)、壓力罐等，在高新技術(shù)工程領(lǐng)域也得到了較廣的運用，譬如航空、航天工業(yè)中的航天飛機、

2、運載火箭、飛船及衛(wèi)星等“1，另外在國防裝備中的各類導(dǎo)彈、潛艇中也大量應(yīng)用了加筋殼體結(jié)構(gòu)。加筋殼體結(jié)構(gòu)與沒有加筋的殼體結(jié)構(gòu)相比具有優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能，平滑的外表面，較高的強度，良好的抗疲勞性能”，最重要的是重量低及結(jié)構(gòu)性能佳．然而由于加筋殼體結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)造復(fù)雜，加筋截面類型多樣化，加筋的布局設(shè)計多樣化，以及載荷和邊界條件較為復(fù)雜等原因，加筋殼體結(jié)構(gòu)的有限元建模及相關(guān)分析都很繁瑣“)。并且結(jié)構(gòu)的日益大型化、復(fù)雜化，影響其性能的設(shè)計參數(shù)越來越多，限制約束條件愈來愈苛刻和復(fù)雜，而與此同時性能要求卻越來越高“。所以，傳統(tǒng)的設(shè)計方法中，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員僅僅依靠原有的經(jīng)驗和專業(yè)知識來調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的做法，使得設(shè)計周

3、期大大增加，而且很難對眾多的設(shè)計參數(shù)進行正確的選擇”。由此所設(shè)計的結(jié)構(gòu)往往不易達到設(shè)計要求：或者雖然滿足了設(shè)計要求，但在結(jié)構(gòu)形式、材料使用等方面存在著不合理性和不經(jīng)濟性，結(jié)構(gòu)的綜合性能不能達到理想狀態(tài)。因此，對該類型結(jié)構(gòu)開展優(yōu)化設(shè)計研究，具有非常重要的意義。加筋殼體結(jié)構(gòu)的一般分析方法Ⅲ有：均勻化法、近似分析法、有限條法、2維或3維有限單元法。關(guān)于加筋殼體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計工作還是非常有限的，并且加筋殼結(jié)構(gòu)的最優(yōu)外形構(gòu)造這個問題還未充分展開嘲。但是近年來，許多研究人員在此領(lǐng)域做出了貢獻。Maute和Ranm哪(1997)解決了設(shè)計模型在優(yōu)化過程中自適應(yīng)的材料拓?fù)鋬?yōu)化問題；Magnucki刪(1998

4、)提出了圓筒的設(shè)計過程，這類結(jié)構(gòu)的優(yōu)化幾何特性是以結(jié)構(gòu)重量最小化為目標(biāo)函數(shù)進行研究的；Belblidia91(1999)利用人工材料方法或SIMP方法、靈敏度分析以及序y,J--次規(guī)劃法研究了加筋板結(jié)構(gòu)的拓?fù)浜统叽鐑?yōu)化設(shè)計；Giles“”(1999)提出了一個面向設(shè)計的分析方法。使用該方法能在飛機機身結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計階段應(yīng)用等效板法進行設(shè)計。在該方法中，引用了里茨法和應(yīng)變能方程組；Lee等人?(2000)提出了利用人造材料模型計算不規(guī)則材料密度分布的(非均勻)各向同性多層殼結(jié)構(gòu)的關(guān)于拓?fù)鋬?yōu)化的一般方法論；Afonso等人“”(2000)提出了二級優(yōu)化方法，它首先進行加筋板結(jié)構(gòu)的加筋環(huán)優(yōu)化，隨后進

5、行加筋的尺寸優(yōu)化，目標(biāo)函數(shù)是應(yīng)變能最小化，結(jié)構(gòu)整體體積作為約束條件；Farkas和larmai“”(Z000)介紹了使靜水壓力加筋板成本最小化的分析方法，而Butler等人“町加筋殼體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(2001)得出了該結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和失效模態(tài)的實驗結(jié)果；Akl等人“”(2002)提出了水下加筋殼體結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程，為使加筋的間距以及尺寸最佳，使用了多目標(biāo)優(yōu)化方法，目標(biāo)函數(shù)是：殼結(jié)構(gòu)振動最小化，相關(guān)的聲振最小化，環(huán)重量最小化以及結(jié)構(gòu)成本最低化；Vitali等人“町(2002)利用近似分析程序PANDA2、有限元法和響應(yīng)面方法提出了hat類型截面加筋層壓復(fù)合板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計研究；Lamberti等

6、人“71(2003)也利用近似分析程序PANDA2完成了可復(fù)用運載火箭推進劑貯箱加筋板的初始優(yōu)化設(shè)計；Viljoen和Visser“”(2004)對有限元和幾何學(xué)方法關(guān)于薄壁板的屈曲效應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用進行了討論；Lagaros等人嘲(2004)運用進化運算法則(遺傳算法)對如筋殼體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計進行了研究；Afonso“”(2005)把Belblidia(1999)的工作拓展到了殼體結(jié)構(gòu)；Jarmai等人例(2006)研究了焊接正交網(wǎng)格加筋圓柱殼體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計工作，此優(yōu)化設(shè)計的約束函數(shù)表達形式為顯示約束，在優(yōu)化過程中運用了一些新的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法；陳飆松等人“1(2007)發(fā)表了加筋貯箱結(jié)構(gòu)的

7、優(yōu)化設(shè)計，目標(biāo)函數(shù)是結(jié)構(gòu)重量最小化，設(shè)計變量是筋條橫截面的寬度以及殼的厚度，約束條件是最大單元應(yīng)力不超過材料的許用應(yīng)力。以上介紹了關(guān)于加筋殼體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的各種方法。在本文中，根據(jù)前人們的工作，運用了在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛且具有代表性的美國MSC公司的大型有限元分析軟件MSC．Patran及MSC．Nastran，使用MSC．Ptaran進行結(jié)構(gòu)的有限元模型的建立，并用前處理得到MSC．Nas