基于代理模型的加筋板结构布局优化设计

论文摘要

加筋板结构可大大地节省结构材料,减轻结构重量,从而提高结构效率,因而已被广泛地应用于航空航天等工程领域。当承受压缩、剪切载荷时,加筋板结构可能发生屈曲甚至导致破坏。加筋板结构失效模式众多,且对其进行优化的设计变量众多,其有限元模型、结构分析以及优化设计非常复杂。因此,对加筋板结构进行优化设计具有重要的研究价值。本文基于代理模型技术,提出了一种金属加筋板结构稳定性优化设计方法,实现了金属加筋板结构布局优化设计。其基本思想是采用试验设计法选取样本点,进行有限元分析得到该样本点的重量、屈曲因子等,利用这些样本点和响应建立kriging代理模型,并采用更新技术提高kriging模型的精度,基于Kriging模型应用折衷法和遗传算法获得最优解。并在此基础上,本文分析了加筋板结构的后屈曲特性,实现了结构后屈曲优化设计。本文又通过引入层合板弯曲刚度参数,提出了对称均衡复合材料铺层顺序优化设计方法,并将其和前述加筋板结构优化设计相结合,发展了基于代理模型技术的二级优化方法,实现了层合板结构铺层顺序优化的复合材料加筋板结构优化设计。算例表明优化效果比较明显,也同时验证了本文所提方法的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 加筋板结构
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 加筋板结构型式
• 1.1.3 破坏模式
• 1.2 加筋板结构的优化设计
• 1.2.1 布局优化设计
• 1.2.2 加筋板结构布局优化
• 1.3 本文研究内容和意义
• 第二章 结构稳定性问题
• 2.1 结构稳定性问题
• 2.2 线性屈曲和非线性屈曲
• 2.3 后屈曲
• 2.4 弧长法
• 第三章 基于代理模型的布局优化方法
• 3.1 代理模型技术
• 3.1.1 试验设计方法
• 3.1.2 近似方法
• 3.2 代理模型更新
• 3.3 多目标优化问题
• 3.4 优化平台及优化算法
• 3.5 MSC.PATRAN 参数化建模方法
• 3.5.1 Patran Command Language （PCL）
• 3.5.2 Parametric Modeling
• 第四章 加筋板结构线性稳定性布局优化
• 4.1 引言
• 4.2 布局优化方法思想
• 4.3 算例
• 4.3.1 初始结构有限元分析
• 4.3.2 结构优化模型
• 4.3.2 优化结果
• 4.3.3 结果比较
• 4.4 讨论和结论
• 第五章 加筋板结构几何非线性稳定性优化
• 5.1 引言
• 5.2 后屈曲优化
• 5.3 算例
• 5.3.1 初始结构有限元分析
• 5.3.2 结构优化模型
• 5.3.3 优化结果
• 5.4 讨论和结论
• 第六章 复合材料加筋板优化
• 6.1 引言
• 6.2 铺层顺序优化设计
• 6.2.1 复合材料层合板的基本理论
• 6.2.2 对称均衡层压板的刚度设计
• 6.2.3 基于遗传算法的铺层顺序优化设计
• 6.3 复合材料加筋板优化方法
• 6.4 算例
• 6.4.1 初始结构有限元分析
• 6.4.2 结构优化模型
• 6.4.3 优化结果
• 6.4.4 结果比较
• 6.5 讨论和结论
• 第七章 总结和展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文