基于植物葉脈形態(tài)的板殼結構加強筋設計.pdf

1、板殼結構在工程應用中非常廣泛，在既要保證整體剛度又不增加板殼厚度的情況下設置加強筋是非常有效的方法。本文基于植物葉片葉脈分布規(guī)律結合板殼結構優(yōu)化探究了板殼結構加強筋在類型設計變量、位置設計變量和尺寸設計變量三大設計要素上的仿生設計方案。相繼做了相似性驗證分析，植物葉片葉脈分布形態(tài)的模擬，葉片葉脈分布規(guī)律的總結與提取，結構優(yōu)化分析，板殼結構加強筋仿生設計方案的歸納設計等工作，最后進行了工程應用模擬驗證分析，具體工作可以概括如下：
　

2、?。?）對板殼結構和植物葉片共同的相似特征（結構、功能、適應性、工況等）建立評價因素集，對相似元特征建立判斷矩陣，并進行一致性檢驗，得出各相似元權重系數(shù)；根據(jù)植物葉片與板殼結構兩個模糊系統(tǒng)各相似元特征值的比值，得出了植物葉片與板殼結構之間的相似元相似度。結果顯示兩者相似度較高，符合本文仿生需求，確定了植物葉片葉脈作為本文板殼結構加強筋的仿生對象；
　?。?）基于植物葉片結構建立了三種植物葉片模型，模擬葉片在風雨共同激勵下葉脈分布情

3、況，結果顯示通過模擬仿真得出的脈序展現(xiàn)出中軸圖式現(xiàn)象和實際葉片葉脈分布相吻合，驗證了本文優(yōu)化方法的正確性。在此基礎上分析總結了植物葉脈分布規(guī)律；
　　（3）結構拓撲優(yōu)化后材料分布位置及其濃度可以為加強筋的排布方式及尺寸設計提供思路。本文對板殼結構進行了多種形式的結構優(yōu)化，對優(yōu)化結果進行了對比分析，基于對比結果并結合植物葉片葉脈分布規(guī)律總結了板殼結構加強筋仿生設計方案，基于仿生方案并針對結構特點對板殼結構模型進行仿生設計，將仿生設計

4、與原傳統(tǒng)設計進行對比分析，對比結果顯示仿生結構與傳統(tǒng)結構在總質量相當?shù)那疤嵯拢Y構變形量及最大應力都比傳統(tǒng)結構小的多，表明本文仿生設計是合理的有效的；
　?。?）分別對飛機蒙皮不規(guī)則曲面殼結構及城市公交車車身平面板結構進行加強筋仿生設計，進一步探究仿生板殼加強筋在實際工程中的應用情況。兩種應用結果皆顯示在與傳統(tǒng)模型質量相當?shù)那闆r下，仿生模型的變形量、應力都相應小的多，結構的剛度、強度得到較大的提升，仿生筋條起到了有效抵制結構變形及