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

1、板殼結(jié)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于土木和機(jī)械工程，尤其是航空航天工程中，通常情況下結(jié)構(gòu)會(huì)受到溫度荷載作用。當(dāng)溫度變化引起的熱膨脹受到約束時(shí)，板殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，并會(huì)發(fā)生較大的橫向變形，熱變形和熱應(yīng)力在嚴(yán)重時(shí)將影響結(jié)構(gòu)的正常使用。因?yàn)闇囟群奢d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(yīng)力，所以對(duì)于熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究需要特殊的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。
　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以為熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論和方法，本文研究承受溫度荷載

2、作用的實(shí)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(jì)變量并考慮厚度上下限約束條件，來(lái)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(yīng)變能為目標(biāo)，提出該優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)列式。再?gòu)膬?yōu)化列式出發(fā)，應(yīng)用變分原理推導(dǎo)出熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化準(zhǔn)則和修正板殼厚度分布的迭代格式，最后應(yīng)用商用有限元軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化算法。算例結(jié)果表明，該優(yōu)化準(zhǔn)則通過(guò)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(jìn)熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法。
　　然后采用與優(yōu)化薄板時(shí)相同的方法對(duì)薄殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并以常見(jiàn)的柱殼和扁殼為例。對(duì)于薄板結(jié)構(gòu)，優(yōu)化準(zhǔn)則是截面彎矩和扭矩的函數(shù)，但對(duì)于薄殼結(jié)構(gòu)，優(yōu)化準(zhǔn)則的表達(dá)式不但包括截面力矩，還包括截面膜力，更為復(fù)雜。對(duì)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(zhǔn)則。通過(guò)算例，對(duì)薄殼的三種優(yōu)化準(zhǔn)則進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)三種優(yōu)化準(zhǔn)則的有效性與薄殼結(jié)構(gòu)的中面形狀、邊界條件有關(guān)，