基于Mindlin理論的二級層級褶皺結(jié)構(gòu)失效行為與優(yōu)化.pdf

1、作為一種新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，二級層級褶皺結(jié)構(gòu)由于具有較高的比強度和比剛度，在汽車、航空航天、橋梁結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。該結(jié)構(gòu)在不同層級上均可發(fā)生多種類型的失效模式，一方面給工程應(yīng)用帶來巨大的挑戰(zhàn)，另一方面，為滿足不同的工程需求設(shè)計不同性能的結(jié)構(gòu)形式提供了可能。目前的理論研究集中在力學(xué)特征、失效行為和性能設(shè)計等方面，但是當(dāng)結(jié)構(gòu)的厚度較大時，現(xiàn)有方法的誤差較大。因此，本文引入Mindlin理論對二級層級褶皺結(jié)構(gòu)的失效行為進(jìn)行了研究，推導(dǎo)得

2、到了二級層級褶皺結(jié)構(gòu)的中厚板模型，具體內(nèi)容包括以下三個方面:
　　(1)采用基于Mindlin理論的中厚板模型推導(dǎo)了承受壓縮載荷或剪切載荷的二級層級褶皺單胞結(jié)構(gòu)所有可能發(fā)生的六種失效模式對應(yīng)的名義應(yīng)力表達(dá)式，并將文獻(xiàn)中的梁模型和薄板模型的理論公式推廣到大支撐與小支撐傾角任意的情況。構(gòu)建六種不同失效模式的單胞結(jié)構(gòu)，與有限元結(jié)果進(jìn)行對比，證明中厚板模型具有較好的精度?？疾觳煌穸鹊亩墝蛹夞薨櫧Y(jié)構(gòu)來研究中厚板模型的適用性，并以有限元結(jié)

3、果為基準(zhǔn)，與薄板模型的結(jié)果進(jìn)行對比。
　　(2)引入中厚板模型和薄板模型分析二級層級褶皺夾芯梁的失效行為。分別考察了三種工況:三點彎曲、均布載荷以及集中力載荷。將二級層級褶皺夾芯梁所有可能發(fā)生的失效模式類型劃分為八類:面板塑性屈服、面板彈性褶皺、大支撐塑性屈服、大支撐剪切屈曲、大支撐彈性屈曲、大支撐彈性褶皺、小支撐塑性屈服和小支撐彈性屈曲。分別推導(dǎo)了三種工況下八種失效模式對應(yīng)的極限載荷表達(dá)式。
　　(3)基于中厚板模型和薄板

4、模型，對失效模式約束下的二級層級褶皺結(jié)構(gòu)單胞進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。利用名義應(yīng)力公式控制發(fā)生的失效模式類型、有限元軟件求解結(jié)構(gòu)的撓度，建立了兩種優(yōu)化模型:一是滿足特定失效模式（大支撐彈性褶皺）優(yōu)先發(fā)生;二根據(jù)損失大小將失效模式分級，并按照等級序列發(fā)生。采用第二代非劣排序遺傳算法(NSGA-Ⅱ)以最小重量和最小撓度為多目標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化完成后，選取Pareto前沿圖中的典型設(shè)計點并分析其性能。最后，建立有限元模型，驗證設(shè)計點發(fā)生的失效模式滿