[发明专利]一种加筋板结构的优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加筋板结构的优化设计方法。

背景技术

加筋板结构是工程中最常见的结构之一，广泛应用于船舶与海洋工程、航空航天工程、土木建筑工程、车辆工程等结构中。其中加筋条的设计参数（包括加筋条数量、材料、尺寸以及加筋位置等）对加筋板结构的静态和动态特性有重要影响。为了获得加筋板结构的最优性能，近年来很多学者对加筋条的优化设计进行了研究。

W.Akla,et al,“Optimization of the static and dynamic characteristics of plates with isogrid stiffeners”,Finite Elements in Analysis and Design,Vol.44(8),pp 513-523,2008.通过优化设置等栅格加筋条的倾斜角来改善加筋板结构的静态和动态性能。其中在加筋板动态特性的优化中，通过合理设置加筋条的倾斜角可实现加筋板结构固有频率最大化的目标。

章胜冬等，“薄板结构加筋布局设计的渐进结构优化方法，”现代制造工程，2009年第4期，pp.5-9，基于有限元分析技术和渐进结构优化方法提出了薄板结构加筋布局优化策略，并采用该方法，提出了以结构刚度最大化为目标的加筋布局方案。

P.Joshi,et al,“Vibro-Acoustic Optimization of Turbulent Boundary Layer Excited Panel with Curvilinear Stiffeners”,Journal of Aircraft,Vol.49(1),pp 52-65,2012.研究曲线型加筋条的效果，通过优化设计加筋条的方位、横截面等参数来改善加筋板的振动与声辐射特性。

这些不断涌现出来的优化方法为改善加筋板结构的静态和动态特性提供了良好的理论工具，然而仍存在不足之处：在现有优化方法中，一般不考虑加筋板结构边界条件的影响或者将边界条件简化为“固支”或“简支”等简化条件。然而在实际应用中，加筋板结构安装后所呈现出的实际边界条件往往与上述简化条件不符，其实际的边界条件对结构的静态和动态特性有重要影响。因此，近年来也有很多学者深入研究了不同边界条件对平板结构特性的影响。本专利发明人在2011年发表的两篇文章论证了边界条件的重要作用，具体如下：

“Experimental validation of the sound transmission of rectangular baffled plates with general elastic boundary conditions”,Journal of the Acoustical Society of America,Vol.129(6),pp EL274-EL279,2011.基于频域有限元和边界元理论，提出了可模拟任意粘弹性边界条件平板结构的声振响应预测模型，从理论和实验上验证了边界条件对平板结构声振特性的重要作用。

“The effects of elastic supports on the transient vibroacoustic response of a window caused by sonic booms”,Journal of the Acoustical Society of America,Vol.130(2),pp 783-790,2011.基于时域有限元和边界元理论，从理论和实验上再次证明了边界条件对平板结构动力响应特性的重要影响。

总而言之，上述只是针对几种简单边界条件而提出的加筋板结构优化方法，在实际应用中仍有较大局限性。

另外，固有频率及其对应模态是各类结构（包括加筋板结构）的重要动力特性参数。尤其是结构前几阶的固有频率及其对应模态，它们往往在很大程度上决定了结构的响应特性。