厚薄通用四边形平板壳元在薄壁结构加筋布局优化中的应用

飞行器舵面为不规则薄壁结构,内部筋板骨架与蒙皮存在较大厚度差异。针对舵面结构分析对网格灵活性的要求,利用具有旋转自由度的膜元GQ12与剪应变混合插值板元MITC4,耦合构造了一种厚薄通用、准确度高的四边形平板壳元;基于此,利用自适应成长法对飞行器舵面结构进行加筋布局优化设计,获得了清晰的内部最优骨架布局。与传统骨架布局设计对比,本优化设计使整体结构刚度提升33%,结构减重29%,同时,验证了GQ12+MITC4耦合单元的准确性、实用性,以及舵面骨架自适应成长加筋拓扑优化设计的有效性,这为飞行器舵面骨架筋板布局设计提供了一种高效的设计方法。