曲线片型加筋壁板的稳定性优化设计

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1、2015年4月北京航空航天大学学报April2015第41卷第4期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．41No．4http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0257曲线片型加筋壁板的稳定性优化设计徐元铭+，王东(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)摘要：加筋板作为一种典型结构被广泛应用于航空航天领域，为进一步拓展直筋加筋板的设计空间，提出了一套基于ModelCent

2、er设计优化环境、Catia和Abaqus的曲线片型加筋板优化设计框架．一方面，筋条曲线采用参数数目可变的等距剖分三次B样条插值函数，为曲筋加筋板提供了足够大的优化空间．另一方面，采用筋条加载端相聚和筋条垂直于板边2种方式来解决曲线片型加筋板的筋条加载问题，从而产生了一些新的曲筋加筋板布局形式．优化结果表明，对于单向载荷主导的加筋板，曲筋加筋板相对于直筋加筋板稳定性改善不大．但对于复杂组合载荷，曲筋加筋板获得了比直筋加筋板更好的稳定性．关键词：优化；曲线片型加筋板；稳定性；B样条；筋条加载中图分类号：V214．4文献标识码：A文章编号：1001．5965(2015

3、)04-0567-07加筋板作为一种典型的薄壁结构形式，被广泛应用于飞机机身和机翼的盒段⋯、运载火箭的舱段旧1，提高其在不同工况下的稳定性是工程设计的迫切需求．曲筋加筋板作为直筋加筋板的一种结构扩展，已经开始受到研究工作者的重视。目前，一些创新性的制造技术，如搅拌摩擦焊和电子柬自由曲面成型技术已经可以使用铝合金与钛合金，从而使曲筋片型加筋板的整体加工成为了可能‘3

4、．文献[3．7]曾对曲筋加筋板的优化设计做过研究并提出了优化系统EBF3PanelOpt．研究表明，对于T型筋，直筋加筋板是最优方案，而对于曲线片型筋条，曲筋加筋板相比直筋加筋板获得了更好的稳定性．但由

5、于EBF3PanelOpt框架中加筋板筋条设计参数数目固定，无法为曲筋加筋板提供更广阔的优化空间．另外，EBF3PanelOpt框架没有施加载荷于筋条上，这样便无法保证筋条的稳定性H1．因此，本文提出了一套基于ModelCenter、Catia和Abaqus的曲线片型加筋板优化设计框架．一方面，筋条设计曲线采用设计参数数目可变的等距剖分三次B样条插值函数，为曲筋加筋板提供了足够大的优化空间．另一方面，由于筋条只能承受其本身面内的载荷，采用了2种方式来考虑曲线片型加筋板的筋条加载问题．第1种是2条或2条以上筋条加载端相聚的情况，并由此提出了一种新的曲筋布局形式；第2

6、种是让筋条垂直于板边．1优化框架优化平台基于PHXModelCenter9．0设计优化环境、Catia模型设计工具和Abaqus有限元分析系统．该平台能对一般的矩形板和筒状板进行稳定性或质量的优化设计．利用ModelCenter的二次开发功能，自主编写2个数据模块：优化算法模块Optimization和建模收稿日期：2014-05-09；录用日期：2014-08-05；网络出版时间：2014-09-0515：58网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／10．13700／j．bh．1001—59652014．0257．html{通讯作者：徐元铭(1

7、965一)，男，江苏武进人，教授，xuymg@sina．corn，主要研究方向为飞行器结构设计、结构优化、神经网络专家系统．；f用格式：徐元铭，王东．曲线片型加筋壁板的稳定性优化设计fJJ．北京航空航天大学学报，2015，41(4)：567-573．xuYM．WangD．Designandoptimizationofimprovingstabilityofcurvilinearblade—stiffenedpanelsfJJ．JournalofBeltingUni-versityofAeronauticsandAstronautics，2015，4I一)：567—

8、573(inChinese)．568北京航空航天大学学报与分析模块CatiaAbaqusCOM．优化算法模块内部封装了粒子群算法(PSO)并提供了目标函数、约束条件和设计变量接口．建模与分析模块完成了从Catia建模到生成stp文件，再进行Abaqus有限元分析并获取数据的完整过程．曲线片型加筋板优化框架如图1所示．吣◆◆图1曲线片型加筋板优化框架Fig．1Optimizationframeworkofcurvilinearblade·stiffenedpanels1．1曲筋曲线生成方法采用三次等距剖分B样条插值方法生成曲线‘8‘．设八省)为定义在区间[a，b]上

9、的函数以髫