薄壁加筋结构的拓扑优化方法研究

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1、中图分类号：V214.3论文编号：102870115-S205学科分类号：082501硕士学位论文薄壁加筋结构的拓扑优化方法研究研究生姓名钟焕杰学科、专业飞行器设计研究方向结构优化设计指导教师金海波副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchonTopologyOptimizationofStiffenedPla

2、tesAThesisinFlightVehicleDesignbyZhongHuanjieAdvisedbyAssociateProfessorJinHaiboSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南

3、京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要加筋板结构作为机翼结构的重要组成部分，其失效形式复杂多样，而其中常见的稳定性失效又可以分为加筋板总体屈曲、蒙皮局部屈曲、筋条局部屈曲以及各种屈曲的耦合。为了在满足加筋板结构稳定性要求的前提下，减轻结构重量，就必须对结构中的筋条形式、筋条布局以及筋条和

4、蒙皮的相关参数作出合理的选择和优化。目前，较为常规的薄壁加筋方法是在强度设计后得出等效蒙皮的情况下，通过选取合理的加筋比和厚度比对薄壁进行加筋。该方法中对加筋比和厚度比的选取具有一定的随意性，对稳定性计算公式中的筋条支持系数也不能做出准确的评估。本文提出一种简单高效的薄壁加筋设计流程，可以在多组加筋比和厚度比不同的设计结果中，寻找出最优的加筋比和厚度比，并且在设计过程中及时修正筋条支持系数。对于常规薄壁加筋方法中，筋条布局形式单一，不同筋条尺寸参数不能相互独立的问题，本文提出一种拓扑优化指导薄壁加筋的方法，该方法对将原

5、薄壁加厚的基板进行稳定性约束下的拓扑优化，以拓扑优化结果中的材料分布来指导薄壁加筋，达到筋条布局优化的目的，后期再对筋条布局完成后的加筋板结构进行二级尺寸优化，提高结构效率。通过有限元验证表明，跟常规薄壁加筋方法相比，拓扑优化指导加筋能有效降低结构重量，提高结构效率。关键词：加筋板，拓扑优化，稳定性设计，加筋方法，SIMP法。I薄壁加筋结构的拓扑优化方法研究ABSTRACTAsanimportantpartofwingstructure,thefailureformofstiffenedplatestructureis

6、complexanddiverse,Andthecommonstabilityfailurecanbedividedintotheoverallbuckling,localbucklingofstiffenedplate,localbucklingofthestiffenerandthebucklingofvariouscombinations.Inordertoreducethestructureweightundertheconditionsatisfyingthedesignrequirementsofthest

7、abilityofstiffenedplate.weneedtomakeareasonablechoiceofthestiffener'sformandlayout,andoptimizetheparametersofstiffenersandskin.Atpresent,theconventionalmethodofplatereinforcementisobtainedtheequivalentskinundertheconditionofstrengthdesign,andthenreinforcetheplat

8、ebyselectingreasonablereinforcementratioandthicknessratio.Thismethodincludeacertainrandomnessonthereinforcementratioandthicknessratioselection,andcan'tmakeanaccuratea