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薄壁加筋结构屈曲分析及优化设计

作　者: 李洋
导　师: 龙连春
学　校: 北京工业大学
专　业: 固体力学
关键词: 薄壁加筋结构 屈曲承载力 加筋布局优化 渐进结构优化 多岛遗传算法
分类号: TU33
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


薄壁板壳结构广泛应用于工程实际之中，这种结构所用的材料不多，但却具有较大的承载能力。薄壁结构受载时常在未发生强度破坏就已发生失稳破坏，对其进行加筋可以有效提高其屈曲承载力。本文依据板壳结构线性屈曲和非线性屈曲理论，利用有限元分析方法，对加筋板和加筋圆柱壳结构进行了稳定性研究及优化设计。主要研究内容如下：(1)基于加筋板结构有限元分析技术与渐进结构优化(ESO)方法思想，提出一种易于实现的优化策略并建立优化模型，通过结构屈曲分析与渐进结构优化算法，实现结构单元“影响度”的计算以及拓扑优化工作的渐进，为实现ESO方法解决结构拓扑优化问题提供了一种较为简便的方法；研究了加筋平板的筋条分布，以屈曲承载力最大为目标，对受面内载荷的平板进行加筋布局优化，获得了加筋板在多种载荷下的筋条最优布局。(2)以加筋圆柱壳屈曲承载力最大为目标，以纵向筋与环向筋筋条数目、蒙皮厚度以及筋条截面尺寸为设计变量，建立了加筋圆柱壳等体积下屈曲承载力最大的优化设计模型。采用ISIGHT多岛遗传算法与ANSYS APDL建立协同优化工作流程，实现了优化模型的求解。(3)考虑结构缺陷的影响，通过对不同加筋数量的加筋圆柱壳进行非线性屈曲分析。得出结论：以特征值屈曲承载力作为优化目标所得的优化结果并非加筋圆柱壳结构真实承载力的最优解，线性屈曲承载力最大的加筋圆柱壳非线性屈曲承载力并非最大。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第1章 绪论  8-16
  1.1 研究背景及意义  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 薄壁板壳结构稳定性研究现状  10-12
    1.2.2 薄壁板壳结构优化研究现状  12-14
  1.3 本文的主要工作  14-16
第2章 板壳结构稳定性理论概述  16-26
  2.1 引言  16
  2.2 结构稳定性基本概念和基本理论  16-18
    2.2.1 失稳的形式  16-17
    2.2.2 屈曲的模态  17-18
  2.3 板壳结构的屈曲  18-19
    2.3.1 薄板的屈曲  18-19
    2.3.2 薄壁圆柱壳的屈曲  19
  2.4 非线性问题  19-20
    2.4.1 几何非线性问题  19-20
    2.4.2 材料非线性问题  20
  2.5 结构稳定性分析的基本理论  20-22
    2.5.1 线性稳定性分析  20-21
    2.5.2 非线性稳定性分析  21-22
  2.6 板壳结构稳定性分析  22-25
    2.6.1 单向受压薄板屈曲有限元分析与理论分析结果对比  22-24
    2.6.2 轴压光滑圆柱壳屈曲有限元分析与理论分析结果对比  24-25
  2.7 本章小结  25-26
第3章 受面内压力或剪力作用屈曲的加筋板筋条布局优化  26-48
  3.1 引言  26
  3.2 基于渐进结构优化的加筋结构优化方法  26-29
    3.2.1 渐进结构优化方法简介  26-27
    3.2.2 基于渐进结构优化的加筋结构优化方法  27-29
  3.3 加筋板结构初始筋条布置及有限元模型  29
  3.4 集中载荷下刚度最大平板加筋布局优化设计  29-31
  3.5 受面内压缩载荷平板屈曲承载力最大加筋布局优化设计  31-40
    3.5.1 受单向面内压缩载荷方板加筋布局优化设计  31-33
    3.5.2 受双向面内压缩载荷方板加筋布局优化设计  33-40
  3.6 受剪平板屈曲承载力最大加筋布局优化设计  40-46
    3.6.1 问题描述  40
    3.6.2 优化结果分析  40-42
    3.6.3 加筋板剪切屈曲筋条布局优化收敛曲线讨论  42-45
    3.6.4 考虑双向剪切屈曲载荷加筋板筋条布局  45-46
  3.7 本章小结  46-48
第4章 加筋圆柱壳屈曲分析与结构优化设计  48-62
  4.1 引言  48
  4.2 基于多岛遗传算法加筋圆柱壳屈曲承载力优化  48-59
    4.2.1 ISIGHT 多岛遗传算法介绍  49-51
    4.2.2 加筋圆柱壳屈曲承载力优化  51-59
  4.3 加筋圆柱壳线性与非线性屈曲承载力分析对比  59-61
  4.4 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  68-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 薄壳结构
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