[发明专利]一种承担接头载荷的加筋壁板结构稳定性优化方法

说明书

本发明涉及一种承担接头载荷的加筋壁板结构稳定性优化方法，包括以下步骤：1)构造包含接头的平板加筋结构，并初始化结构参数；2)根据经验公式获取结构的局部失稳临界应力、总体失稳临界载荷以及结构的质量；3)根据结构的载荷和边界条件，获取结构各部件的应力以及整个结构的外载荷以及应力偏差变量和载荷偏差变量，并根据结构的几何参数求取结构的质量，构造目标函数；4)基于最小化目标函数进行优化求解，完成接头宽度和筋条横截面参数的优化。与现有技术相比，本发明能够在满足结构稳定性的前提下，使结构重量尽量小，并使得结构最大程度地得到优化。

技术领域

本发明涉及运载火箭核心舱体结构设计技术领域，尤其是涉及一种承担接头载荷的加筋壁板结构稳定性优化方法。

背景技术

捆绑式运载火箭核心舱体主要为加筋壁板结构，与核心舱相连接的助推器通过接头将助推载荷传递给核心舱体，同时核心舱体还承受着远端传递而来的均布载荷，因此，在设计舱体结构时要求加筋壁板在这些载荷作用下具有足够的稳定性，并使整个结构的质量尽可能轻。

现有的加筋结构优化方法多采用商业有限元软件，直接求解大型有限元模型，往往需要消耗较多时间，对于含受局部集中载荷的加筋壁板优化问题也缺少研究。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种承担接头载荷的加筋壁板结构稳定性优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种承担接头载荷的加筋壁板结构稳定性优化方法，包括以下步骤：

1)构造包含接头的平板加筋结构，并初始化结构参数；

2)根据经验公式获取结构的局部失稳临界应力、总体失稳临界载荷以及结构的质量；

3)根据结构的载荷和边界条件，获取结构各部件的应力以及整个结构的外载荷以及应力偏差变量和载荷偏差变量，并根据结构的几何参数求取结构的质量，构造目标函数；

4)基于最小化目标函数进行优化求解，完成接头宽度和筋条横截面参数的优化。

所述的步骤1)中，结构参数包括接头宽度、筋条的横截面参数、材料弹性模量、结构的长度和宽度。

所述的步骤3)中，施加的载荷和边界条件具体为：

对结构末端施加位移固定约束，在接头处和结构远端施加线载荷。

所述的步骤3)中，目标函数G的表达式为：

G＝(V₁+wV₂)M

其中，M为结构的质量，w为权重系数，V₁为基于各部件的应力和局部失稳应力构建的应力偏差变量，V₂为基于整体结构的总载荷和总体失稳临界载荷构建的载荷偏差变量。

所述的应力偏差变量V₁的计算式为：

其中，下标i表示平板加筋结构中的第i个部件，σ_i为部件i的应力，[σ]_li为部件i的局部失稳应力，N为结构部件的总数。

所述的载荷偏差变量V₂的计算式为：

其中，F为整体结构的总载荷，F_cr为总体失稳临界载荷。

所述的步骤4)中，通过改变接头宽度和筋条横截面参数，循环执行步骤2)～4)，将目标函数最小时对应的结构参数作为优化结果。