轴压薄壁加筋圆柱壳结构优化设计研究

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1、文章编号：1000-4750(2011)08-0183-10轴压薄壁加筋圆柱壳结构优化设计研究*毛佳，江振宇，陈广南，张为华(国防科技大学航天与材料工程学院，长沙410073)摘要：分别建立了轴向载荷作用下正置正交薄壁加筋圆柱壳结构优化设计的数学模型和有限元分析模型，应用Ansys软件进行优化计算，讨论了外载荷、材料屈服极限对优化设计的影响，以及结构参数对薄壁加筋圆柱壳结构的临界载荷和屈曲模式的影响。基于有限元分析的研究结论，发展了一种薄壁加筋圆柱壳结构优化设计方法，给出设计算例的优化结果，并将两种方法的优化设计结果进行比较。建立的数学模型物理意义清晰，能有效地对薄

2、壁加筋圆柱壳结构进行优化设计，与有限元模型得到的结果相比符合较好，而后者具有更好的适用性，易于在Ansys软件平台实现。关键词：薄壁结构；加筋圆柱壳；优化设计；临界载荷；屈曲模式；参数化模型中图分类号：TU391;TU392.5文献标志码：ADESIGNANDOPTIMIZATIONRESEARCHONRIB-STIFFENEDTHINCYLINDRICALSHELLUNDERAXIALLOADING*MAOJia,JIANGZhen-yu,CHENGuang-nan,ZHANGWei-hua(CollegeofAeronauticsandMaterialEngin

3、eer,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:BothmathematicalandparameterizedFEM(FiniteElementMethod)optimizationmodelsforanorthogonalrib-stiffenedthincylindricalshellunderaxialloadingwereestablished,andthecalculationsweredoneusingAnsyssoftwarepackage.Inaddit

4、iontotheeffectsoftheloadsandyieldinglimitsofmaterialsupontheoptimizationdesign,theeffectsofstructuralparametersuponthebucklingloadsandmodeswerealsodiscussed.AnoptimizationdesignmethodbasedonparameterizedFEManalysiswasdevelopedaccordingly;sampleoptimizationdesignusingthismethodwascompar

5、edwithcalculationsofthepreviousmathematicalmethod.Themathematicalmodelpossesseslegiblephysicssenseasfarasthedesignofrib-stiffenedthincylindricalshellisconcerned.Resultsobtainedthroughthetwomethodsshowsatisfyingaccordance,further,thelattermethodbasedonFEMmodelspossessesbetteradaptivitya

6、ndcanbeutilizedconvenientlywithAnsyssoftwarepackage.Keywords:thinshellstructure;rib-stiffenedcylindricalshell;optimizationdesign;bucklingloads;bucklingmodes;parametricmodel薄壁加筋圆柱壳在飞行器结构中得到了广泛应用，主要承受空气动力压力和相邻部段的质量力，在弯矩、剪力和轴向力联合作用时，加筋壳结构的承载能力与其稳定性密切相关[1―2]。由于飞行器对重量的严格要求，寻求满足强度、刚度和稳定—————

7、——————————收稿日期：2009-12-14；修改日期：2010-09-07性等要求的最轻质量设计方案是一个重要的问题，已引起国内外许多研究部门的重视。NavinJaunky[3]等对承受轴向压力载荷，具有总体、局部屈曲以及强度等约束条件的三向矩形截面肋加强壳开展优化设计研究，通过改进的均匀化理论按各向异性壳作者简介：∗毛佳(1982―)，男，四川乐山人，博士生，从事航天器结构设计研究(E-mail:midasgalaxy@163.com)；江振宇(1978―)，男，湖北红安人，副教授，博士，从事飞行器总体设计研究(E-mail:jiangzhenyu@y