熱荷載作用下彈性薄板殼結構的優(yōu)化設計.pdf

1、板殼結構廣泛地應用于土木和機械工程，尤其是航空航天工程中，通常情況下結構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，板殼結構的內(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構的正常使用。因為溫度荷載具有特殊性，均勻地增大板殼結構的厚度并不一定能有效地減少結構的熱變形和熱應力，所以對于熱結構優(yōu)化設計的研究需要特殊的經(jīng)驗和知識。
　　結構優(yōu)化設計可以為熱結構設計提供理論和方法，本文研究承受溫度荷載

2、作用的實心彈性薄板、薄殼結構，在已知材料總體積和結構中面形狀的前提下，以板殼的厚度分布函數(shù)為設計變量并考慮厚度上下限約束條件，來減小結構熱變形。
　　首先研究彈性薄板結構。已知結構體積和邊界形狀，以減小結構應變能為目標，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構優(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。算例結果表明，該優(yōu)化準則通過重新分配板殼結構的厚度，顯著地

3、降低了結構的熱變形，是一種有效的改進熱結構設計的優(yōu)化方法。
　　然后采用與優(yōu)化薄板時相同的方法對薄殼結構進行優(yōu)化設計，并以常見的柱殼和扁殼為例。對于薄板結構，優(yōu)化準則是截面彎矩和扭矩的函數(shù)，但對于薄殼結構，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構的中面形狀、邊界條件有關，