航天器典型结构稳定性分析及优化设计

发布时间：2017-10-04 07:00

  本文关键词：航天器典型结构稳定性分析及优化设计

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【摘要】：由于具有较高的比刚度和比强度,蜂窝夹层板和加筋柱壳等薄壁结构在航空航天、机械、土木、船舶等工程领域得到了广泛应用,尤其在航天领域,是大部分运载火箭及导弹的主承力构件。它们在服役过程中承受自身的惯性力、相邻部段的反作用力和空气动力。对于水下高速运动的航行体,还要承受着空泡溃灭等形成的巨大局部表面压力。由于受到以上载荷的影响,其主要的失效模式不仅有强度破坏,更可能发生受压屈曲破坏。因此针对加筋圆柱壳舱段和蜂窝夹层板结构整流罩开展最大化屈曲临界载荷的轻量化设计具有重要的实际意义。本文主要研究内容如下：1.本文详细讨论了板壳结构的稳定性分析及优化设计方法,并比较了各自的优劣,为开展板壳结构的轻量化设计提供了理论支持。2.针对承受非均匀分布外压载荷的加筋圆柱壳结构,本文提出了两步优化方法。首先基于均布静水外压,以筋条个数和尺寸为设计变量进行网格均布优化设计。然后在此基础上施加非均匀分布外压载荷,以第一次优化结果为设计变量下限,进一步针对性的开展分区设计和局部多级加筋设计。结果显示新的设计方案可以显著提高结构的承载效率,为工程设计提供了参考。3.针对大尺寸蜂窝夹层板整流罩进行外压稳定性分析和优化设计。首先基于蜂窝芯层的等效理论和ABAQUS有限元分析软件建立了夹层结构的整流罩有限元模型,然后以此开展考虑稳定性能的同时降低结构质量的优化设计,设计变量为蜂窝尺寸和复合材料面板铺层数目和角度。最终获得了满足设计要求的优化结果,为后续工程设计提供了参考。
【关键词】：夹层板 加筋柱壳 稳定性分析 优化设计
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V414.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 研究背景及意义8-10
• 1.2 加筋柱壳国内外研究现状10-11
• 1.3 蜂窝夹层板国内外研究现状11-13
• 1.4 本文主要研究内容13-15
• 2 稳定性分析方法及优化设计理论15-23
• 2.1 结构稳定性分析方法15-19
• 2.1.1 特征值屈曲分析15-16
• 2.1.2 Newton-Raphson法16-18
• 2.1.3 显式动力学法18-19
• 2.2 结构优化设计理论及方法19-22
• 2.2.1 序列二次规划算法21
• 2.2.2 多岛遗传算法21-22
• 2.2.3 单纯形法22
• 2.3 本章小结22-23
• 3 加筋圆柱壳结构稳定性分析及优化设计23-40
• 3.1 前言23
• 3.2 加筋圆柱壳结构的稳定性分析23-28
• 3.2.1 结构模型23-24
• 3.2.2 稳定性分析24-28
• 3.3 加筋圆柱壳结构的优化设计28-38
• 3.3.1 优化流程28-29
• 3.3.2 整体均匀优化设计29-30
• 3.3.3 分区加筋优化设计30-34
• 3.3.4 多级加筋优化设计34-38
• 3.4 本章小结38-40
• 4 整流罩结构的稳定分析及优化设计40-53
• 4.1 前言40
• 4.2 材料模型40-41
• 4.3 整流罩结构的建模及稳定性分析41-46
• 4.3.1 柱段和锥段的建模及简化41-43
• 4.3.2 头部结构的建模及简化43-45
• 4.3.4 稳定性分析45-46
• 4.4 优化设计46-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 结论与展望53-54
• 5.1 结论53
• 5.2 展望53-54
• 参考文献54-57
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况57-58
• 致谢58-59

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本文编号：969232