曲线加筋Kirchhoff-Mindlin板自由振动分析

相比传统加筋板,曲线加筋板能够更充分地发挥材料力学性能.在加筋板力学分析中,厚板通常采用Reissner-Mindlin理论,然而当板厚较薄时易出现剪切自锁,离散的Kirchhoff-Mindlin理论采用假设剪切应变场可避免该问题.针对曲线加筋Kirchhoff-Mindlin板自由振动分析,采用离散的Kirchhoff-Mindlin三角形单元和Timoshenko曲梁单元分别模拟板和加强筋,根据板的位移插值函数及筋板交界面的位移协调条件,建立基于板单元位移自由度的有限元方程.为了验证方法的有效性和准确性,采用直线加筋薄板、曲线加筋薄板和厚板3种模型进行算例研究,通过收敛性和精度分析来选择合理的有限元网格密度.直线加筋薄板前20阶固有频率均与文献结果吻合良好;曲线加筋板算例中,本文方法满足收敛条件的板单元数目为2469,Nastran模型板单元数目为6243;本文所得曲线加筋板固有频率与Nastran计算结果最大误差为3.4%.研究结果表明,本文方法无需筋板单元共节点,可使用较少的有限元网格数量,并能够保证计算精度;在离散Kirchhoff-Mindlin三角形板单元基础上构造Timoshenko梁单元可同时适用于曲线加筋薄板与厚板自由振动分析.

基于深度学习的多级曲线加筋壁板布局优化设计

[目的]在航空、航天、船舶等领域的结构设计中,因结构的功能性需求,存在大量开口薄壁结构,导致承载性能明显降低。曲线加筋方式虽然在改善开口结构的承载性能方面潜力极大,但设计变量的激增对结构优化提出了挑战。利用数据驱动的深度学习方法,针对含曲筋布局的开口多级加筋壁板开展优化设计。[方法]针对开口多级曲线加筋壁板,提出结构参数特征图像化表征方法,建立面向结构响应特征学习的深度学习网络模型,实现数据驱动下的结构优化设计,并与经典的由结构数值参数构造的代理模型进行比较。[结果]结果显示,所提基于图像识别的结构特征学习模型的预测精度改善了约1倍;基于学习模型开展结构的优化设计,多级正交加筋结构的承载性能提升了10.78%,多级曲线加筋结构的承载性能提升了18.19%。[结论]研究表明,对于设计变量数众多且数量动态变化的开口多级加筋壁板,基于深度学习的结构优化方法更有效;相较传统直筋构型,曲筋方式能更有效地对开口结构承载性能进行补强。

曲线片型加筋壁板的稳定性优化设计

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Model Center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.

曲线加筋壁板的优化设计框架系统研究

CAD、结构优化设计及加工制造技术的日益发展,为新型加筋壁板的设计和应用提供了条件。为进一步拓展直筋加筋板的设计空间,提出了一种曲筋加筋板的设计形式,开发了一套用于曲筋壁板设计的优化设计集成框架。该框架基于Modelcenter多学科优化设计平台、集成了Catia和Abaqus参数化设计与分析功能。筋条曲线的生成采用参数数目可变的等距剖分三次B样条插值函数。通过计算实例分析,进行了曲筋板与直筋板的优化对比。结果表明,曲筋加筋板获得了比直筋加筋板更好的稳定性。

开口加强矩形加筋板的自振特性分析

针对目前对曲线加筋开口板振动问题研究较少的情况,本文基于瑞利李兹法对带有开口加强的矩形加筋板的自振特性进行研究。复杂边界条件采用弹簧模型模拟。求取能量泛函时,将加筋板视为光板和筋条叠加,分别求取光板和筋条的应变能、动能。通过使筋条的位移与对应位置处的板的位移协调将筋条与光板连接。由于改进的傅里叶级数具有良好的性质,选用该函数作为位移试函数统一对光板和筋条的位移场进行描述。对整体结构的能量泛函求极值得到特征方程,求解特征方程得到固有频率。以纵横加筋开口矩形板为例说明本文分析的准确性,结果表明本文方法对开口处存在加强的开口加筋薄板的振动问题的计算具有较好的适用性,为工程实际问题提供参考。

变刚度曲筋结构表征和等几何分析与智能设计研究

随着新一代航天装备的快速发展,传统常刚度设计已难以满足薄壁部段承载重型化、结构大型化的设计需求,而变刚度曲筋结构具有更大的设计空间和承载潜力,有望成为未来飞行器轻量化的关键技术。通过从变刚度曲筋结构表征、等几何分析与优化等3个层次对现有方法面临的挑战进行综述,对显式与隐式表征、全壳/梁壳等几何数值分析模型、梯度类/演化类/智能优化方法等研究进展进行重点介绍,并展望了变刚度曲筋结构设计的发展趋势及未来可能的应用场景。