考虑加强筋自重的板壳结构仿生脉序生长算法研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目考虑加强筋自重的板壳结构仿生脉序生长算法研究作者姓名程飞霞学科专业机械制造及其自动化指导教师吴凤和教授李永欣讲师2015年5月中图分类号：TH122学校代码：10216UDC：621.9密级：公开工学硕士学位论文考虑加强筋自重的板壳结构仿生脉序生长算法研究硕士研究生：程飞霞导师：吴凤和教授李永欣讲师申请学位：工学硕士学科专业：机械制造及其自动化所在单位：机械工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMechanicalManufacturingandAutomationTHERESEAR

2、CHONVENATIONGROWTHALGORITHMFORPLATE-SHELLCONSIDERINGSTIFFENERS’WEIGHTbyChengFeixiaSupervisor:ProfessorWuFengheLecturerLiYongxinYanshanUniversityMay,2015燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《考虑加强筋自重的板壳结构仿生脉序生长算法研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体

3、，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《考虑加强筋自重的板壳结构仿生脉序生长算法研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。(请在以上相应方框内打“

4、√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要在工程应用中为了能以较小的质量实现高承载性，经常在板壳结构上布置加强筋。然而现有的加强筋布局优化方法得到的加强筋形态往往不清晰，需要一定的后处理和设计师的理解再设计。因此有必要对加强筋的布局进行优化设计。作为板壳结构加强筋布局设计的一种新兴方法，仿生脉序生长算法是通过提取自然界双子叶植物叶脉的分布规律与成长机理而提出的一种自适应结构应变能和应力变化的加强筋布局优化方法，该方法能有效处理不计加强筋自重的薄板结构的加强筋布置，但是针对工程中复杂的曲壳结构，算法采用的板单元不能模拟任意形状曲壳结构，同时算法忽略了加强筋自重，因此本文以解

5、决曲壳结构的加强筋布局设计为目标，计算过程考虑加强筋自重，对仿生脉序生长算法进行改进，论文的主要研究内容如下：(1)针对仿生算法不能应用在曲壳结构的加强筋布局设计问题，对模拟基结构的板单元与壳单元的区别进行了系统研究，采用壳单元模拟板壳结构；同时为了提高算法的精确性，引入设计依赖性载荷，即考虑加强筋自重，将加强筋自重引入到灵敏度数中，推导变载荷灵敏度数作为脉序生长准则，为算法的改进奠定理论基础。(2)为了提高算法工程应用性，采用数值计算能力强的FORTRAN语言对算法进行编译，有限元分析部分用软件实现，与成熟有限元软件ANSYS实现相互调用；通过设置加强筋局部坐标系来保证加强筋截面方向。

6、(3)为了验证算法的可行性，对考虑加强筋自重的仿生脉序生长算法分别进行经典算例和油底壳算例研究，并对结果加强筋布局构型进行应变能和应力分析，为了验证算法的合理性，将得到的加强筋结果与原算法和变密度的拓扑优化结果进行比较。关键词：板壳结构；加强筋布局；脉序生长算法；依赖性载荷；二次开发I燕山大学工学硕士学位论文AbstractStiffenerisordinarilylayoutinplate-shellstructuretorealizethewin-winsituationofstructurelightweightandbearingpropertyinengineering.How

7、ever,thestiffenermorphologyisoftenvagueusingtheexistingmethodofthestiffenerlayoutoptimization,andtheresultneedidentificationbypost-processingtechnologyandunderstandingofthedesignertoredesign.Soitisnecessarytooptimizeth