基于正交试验方法薄壁压杆截面优化分析

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1、国内图书分类号：V214.3学校代码：10213UDC：530密级：公开硕士学位论文基于正交试验方法的薄壁压杆截面优化分析SECTIONOPTIMUMANALYSISOFTHIN-WALLEDCOMPRESSIVEBARBASEDONORTHOGONALEXPERIMENTALMETHOD硕士研究生：闫龙海导师：闫相桥教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：工程力学所在单位：复合材料与结构研究所答辩日期：2009年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要薄壁结构具有自身重量轻、弯曲刚度高、承载能力强等特点，在工

2、程领域有着很好的推广应用前景，在荷载作用下薄壁结构破坏的主要形式是屈曲失稳，而结构的截面尺寸又是影响结构稳定承载力最重要因素之一，因此有必要对结构的截面尺寸进行优化设计。传统的优化设计方法大都把结构优化最后归结到目标函数的极值上，对于复杂结构该目标函数所需变量较多，很难采用数学方程来求解。本文采用基于正交试验的变换优化分析求解法进行了薄壁结构截面的优化分析。所得主要结论如下：简要介绍了结构稳定分析的基本理论；推导了结构进行稳定分析的线性和双重非线性有限元方程和求解方法。利用有限元分析软件ansys10.0建立工字形薄壁压杆稳定模型，通

3、过数值模拟对其进行线性和双重非线性稳定分析，得到线性稳定分析的特征值屈曲载荷和考虑模型初始缺陷和材料非线性稳定分析的极限载荷。以薄壁压杆的稳定极限载荷为目标函数，以工字形截面的尺寸为因素，采用正交试验设计方法设计不同因子水平的试验，并进了直观和方差分析。结果表明：翼缘宽度对稳定极限载荷的影响最大，翼缘厚度次之，而腹板高度和腹板厚度对稳定极限载荷影响最小不显著。最后提出了优化设计方法建议，以稳定极限载荷为目标函数，以其显著影响因子为设计变量，采用多元线性回归原理建立了薄壁压杆截面优化设计数学模型，在满足截面面积相等的前提下，对截面进行了

4、优化设计。本文建议的优化设计方法为实际工程应用提供了参考，同时也为复杂非线性问题的优化设计提供了新的思路。关键词薄壁结构；屈曲失稳；正交试验设计；优化设计；非线性有限元；极限载荷；多元线性回归I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThin-walledstructurewiththefeatureoflightinweight,highinbendingrigidityandbearingcapacityillustratesagoodprospectofapplicationandextensioninthefieldof

5、engineering.Themainfailureformofthin-walledstructureisbucklingunderload,andsectionaldimensionisoneofthemostimportantfactorsthataffectstabilityultimatebearingcapacity,thusoptimumdesignthatwedoforoptimumdesignofstructuresectionisverynecessary.Traditionaloptimumdesignmetho

6、dsascribedoptimumstructuretoextremumofobjectivefunction,buttheobjectivefunctionthatisdescribedwithmanyvariablesforcomplexstructureisdifficulttobesolvedbymathematicalequation.Thepaperbyconversionmethodbasedontheorthogonalexperimentaldesignmakesoptimumanalysisofthin-walle

7、dstructuresection.Mainconclusionsthatwedrawareasfollows:Thepapergivesfundamentaltheoryofstabilityanalysisinanutshell,deriveslinearandbi-nonlinearfiniteelementequationofstabilityanalysisandresolutionmethod.Thepaperbasedonfiniteelementsoftwareansys10.0buildsstationarymode

8、lofthin-walledcompressivebarwithI-shapedcross-section,makeslinearandbi-nonlinearstabilityanalysisthroughnumeri