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格栅加筋回转壳稳定性能分析与优化

作　者: 余承斌
导　师: 孙士平
学　校: 南昌航空大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 格栅结构稳定性屈曲载荷失稳形式
分类号: V214
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文首先简述了格栅加筋回转壳结构的发展应用概况及其构造和性能特点，回顾了近年来格栅加筋回转壳结构在尺寸优化等方面的研究进展。在此基础上，以有限元软件ANSYS为平台，采用参数化编程语言，建立三维有限元分析模型，针对格栅加筋回转壳结构的稳定性问题开展研究，主要工作及结论如下：基于有限元参数化建模方法，开展了受侧压格栅加筋圆柱壳的稳定性分析。在总体积相同情况下，以正交格栅、正交各向异性格栅、等格栅加筋圆柱壳为研究对象，分析了圆柱壳包含不同体胞数、不同体胞构型以及给定体胞数时蒙皮厚度、筋骨尺寸变化对结构临界屈曲载荷、失稳模式的影响。计算结果表明：等体积下，格栅加筋圆柱壳存在最佳匹配的体胞构型和体胞数来最大化临界屈曲载荷；侧压圆柱壳最大临界屈曲载荷发生在局部失稳与整体失稳的过渡区。针对受侧压格栅加筋圆锥壳的斜加筋角度优化问题，通过用单胞高宽比来描述斜加筋角度，分析比较了等质量下斜加筋角度对正交格栅、各向异性格栅、角格栅三种格栅加筋圆锥壳的稳定性影响，结果表明：局部失稳时，随着蒙皮体分比的增大，临界屈曲载荷最大值趋于加筋角度较大的结构，蒙皮体分比相同时，各向异性格栅临界屈曲载荷最大值对应的加筋角度大于角格栅和正交格栅；整体失稳时，随着蒙皮体分比的增大，临界屈曲载荷最大值趋于加筋角度较小的结构，蒙皮体分比相同时，角格栅临界屈曲载荷最大值对应的加筋角度大于各向异性格栅和正交格栅。以载荷质量比为性能指标，研究了正交格栅、各向异性格栅、角格栅三种格栅加筋圆锥壳外形尺寸不变时，结构受侧压载荷下的稳定性能。首先通过枚举方法得到单一结构参数对载荷质量比的影响规律曲线，结果表明，与其他几何参数对载荷质量比的影响相比较，加筋高度对结构的载荷质量比影响最大。在此基础上，开展结构轻量化设计，比较分析了给定载荷下这三种格栅加筋结构的最小重量（体积）曲线，结果表明：随着载荷的上升，三种格栅加筋结构的最小重量曲线均呈现上升趋势，但角格栅构型的最小重量曲线上升速度最缓慢，结构效率提升最明显。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-16
  1.1 引言  8
  1.2 格栅加筋回转壳结构概述  8-12
    1.2.1 格栅加筋回转壳结构的发展及应用  8-10
    1.2.2 格栅加筋回转壳结构的特点  10-12
  1.3 格栅加筋回转壳体结构的研究现状  12-14
  1.4 本文的研究内容  14-16
第2章结构稳定性及优化的基本理论  16-22
  2.1 稳定性基本理论及失稳判定准则  16-18
  2.2 线性稳定性分析  18-19
  2.3 ANSYS 优化设计方法  19-22
    2.3.1 ANSYS 优化设计  19-20
    2.3.2 一阶优化方法  20-22
第3章构型参数对格栅圆柱壳侧压稳定性影响研究  22-32
  3.1 格栅加筋圆柱壳参数化建模  22-24
    3.1.1 三维几何模型和有限元模型的建立  22-23
    3.1.2 格栅加筋圆柱壳参数化建模  23-24
  3.2 参数化分析  24-29
    3.2.1 不同体胞数 M（h=60mm）  25-27
    3.2.2 体胞数 M 一定  27-29
  3.3 分析讨论  29-30
  3.4 格栅加筋圆柱壳优化设计  30-31
  3.5 本章小结  31-32
第4章等质量格栅加筋圆锥壳稳定性能分析  32-42
  4.1 格栅加筋圆锥壳参数化建模  32-35
  4.2 枚举法分析  35-39
    4.2.1 加筋高度 h=50mm  35-36
    4.2.2 加筋高度 h=20mm  36-38
    4.2.3 h=20mm 与 h=50mm 的比较  38-39
  4.3 优化分析  39-40
  4.4 分析与讨论  40-41
  4.5 小结  41-42
第5章基于载荷质量比的格栅加筋圆锥壳稳定性能分析  42-50
  5.1 单一结构参数的分析  42-46
    5.1.1 蒙皮厚度 t 变化  42-43
    5.1.2 加筋高度 h 变化  43-44
    5.1.3 加筋宽度 b 变化  44-45
    5.1.4 单胞高宽比 X 变化  45-46
  5.2 轻量化设计  46-48
  5.3 分析讨论  48-49
  5.4 小结  49-50
第6章总结与展望  50-52
  6.1 研究总结  50-51
  6.2 进一步展望  51-52
参考文献  52-56
攻读硕士学位论文期间发表的学术论文  56-57
主持或参与的科研项目  57-58
致谢  58-59

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