熱荷載作用下彈性薄板殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、板殼結(jié)構(gòu)廣泛地應用于土木和機械工程，尤其是航空航天工程中，通常情況下結(jié)構(gòu)會受到溫度荷載作用。當溫度變化引起的熱膨脹受到約束時，板殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部將會產(chǎn)生熱應力，并會發(fā)生較大的橫向變形，熱變形和熱應力在嚴重時將影響結(jié)構(gòu)的正常使用。因為溫度荷載具有特殊性，均勻地增大板殼結(jié)構(gòu)的厚度并不一定能有效地減少結(jié)構(gòu)的熱變形和熱應力，所以對于熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的研究需要特殊的經(jīng)驗和知識。
　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計可以為熱結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論和方法，本文研究承受溫度荷載

2、作用的實心彈性薄板、薄殼結(jié)構(gòu)，在已知材料總體積和結(jié)構(gòu)中面形狀的前提下，以板殼的厚度分布函數(shù)為設(shè)計變量并考慮厚度上下限約束條件，來減小結(jié)構(gòu)熱變形。
　　首先研究彈性薄板結(jié)構(gòu)。已知結(jié)構(gòu)體積和邊界形狀，以減小結(jié)構(gòu)應變能為目標，提出該優(yōu)化問題的數(shù)學列式。再從優(yōu)化列式出發(fā)，應用變分原理推導出熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化準則和修正板殼厚度分布的迭代格式，最后應用商用有限元軟件進行二次開發(fā)，實現(xiàn)優(yōu)化算法。算例結(jié)果表明，該優(yōu)化準則通過重新分配板殼結(jié)構(gòu)的厚度，顯著地

3、降低了結(jié)構(gòu)的熱變形，是一種有效的改進熱結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法。
　　然后采用與優(yōu)化薄板時相同的方法對薄殼結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，并以常見的柱殼和扁殼為例。對于薄板結(jié)構(gòu)，優(yōu)化準則是截面彎矩和扭矩的函數(shù)，但對于薄殼結(jié)構(gòu)，優(yōu)化準則的表達式不但包括截面力矩，還包括截面膜力，更為復雜。對此，本文又提出另外兩種只包含截面力矩或截面膜力的啟發(fā)式優(yōu)化準則。通過算例，對薄殼的三種優(yōu)化準則進行了對比，發(fā)現(xiàn)三種優(yōu)化準則的有效性與薄殼結(jié)構(gòu)的中面形狀、邊界條件有關(guān)，