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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：一种面向缺陷容忍的加筋筒壳快速优化设计方法，属于航空航天结构主承力构件设计技术领域。步骤：1建立加筋筒壳初始设计有限元模型，并基于非线性显式后屈曲分析进行缺陷敏感性分析；2确定刚度折减关系函数，建立加筋筒壳结构的不完全折减刚度屈曲分析模型；3基于不完全折减刚度法开展面向缺陷容忍的加筋筒壳优化设计；4对优化结果的非完善模型进行承载分析和精度验证。本发明充分考虑结构设计和极限承载以及缺陷敏感性的耦合关系，通过同时提高结构的理论承载和抗缺陷能力，实现航天筒壳结构的精细化、轻量化设计；能够实现航天加筋筒壳结构面向缺陷容忍的快速优化设计，解决运载火箭中复杂薄壁结构精细化、轻量化设计计算成本高的问题。

主权项：1.一种面向缺陷容忍的加筋筒壳快速优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，根据给定的加筋筒壳结构参数，建立加筋筒壳结构初始设计的几何完美有限元模型，选定特定形式的几何缺陷，并将相应的缺陷分布数据引入到完美的筒壳有限元数值模型当中，建立含缺陷的非完善筒壳有限元数值模型，采用非线性后屈曲分析算法计算非完善加筋筒壳结构的极限承载能力，作为设计载荷；第二步，根据第一步选定的几何缺陷形式和所采用的缺陷分布数据，采用第一步得到的设计载荷作为基准数据，采用不完全折减刚度法建立给定几何缺陷形式下的加筋筒壳不完全折减刚度屈曲分析模型，实现含缺陷非完善加筋筒壳结构的极限承载快速分析；所述的不完全折减刚度法是建立在线性屈曲系统基础上的，其具体技术过程为：首先，建立几何完美有限元模型的线性屈曲分析系统，获取其几何刚度矩阵KG；然后，根据几何缺陷分布数据和有限元模型的网格信息，计算每个节点的缺陷幅值和单元缺陷水平值；在此基础上确定刚度折减关系函数，建立几何缺陷和单元膜刚度的映射关系，以精确确定所有单元的刚度成分，并通过计算每个单元的刚度矩阵和组装，得到不完全折减刚度屈曲系统的总刚度矩阵，最终建立非完善加筋筒壳结构的不完全折减刚度屈曲分析系统，其公式如下所示：{∑fKiem+Kb+λ”KG}Φ”＝01其中，f为缺陷水平和膜刚度成分的折减关系函数，Kem为单元的膜刚度矩阵，Kb为结构的弯曲刚度矩阵，KG为结构的几何刚度矩阵，i为单元的编号，λ”和Φ”分别为不完全折减刚度模型的屈曲载荷和屈曲模态；通过求解不完全折减刚度屈曲分析系统，能够获得含缺陷非完善加筋筒壳结构的极限承载能力，完成非完善加筋筒壳的低保真度快速分析；第三步，使用第二步建立的加筋筒壳不完全折减刚度屈曲分析模型，进行含缺陷非完善加筋筒壳结构的承载力低保真度快速分析，并使用优化算法进行面向缺陷容忍的加筋筒壳结构优化设计，通过对蒙皮厚度、筋条高度、筋条厚度、筋条布局参数或其它设计变量进行调整，提高含缺陷非完善加筋筒壳结构的极限承载能力，实现给定质量约束下，加筋筒壳结构设计载荷的最大化设计；第四步，采用非线性后屈曲分析对第三步获得的优化设计结果进行含缺陷非完善模型的极限承载分析和不完全折减刚度法的精度验证；以非线性后屈曲算法的计算结果为基准，计算不完全折减刚度法的相对误差，判断其是否满足精度要求：若精度满足要求，则可获得加筋筒壳的最终设计；若不满足分析精度要求，则将优化结果补充到第二步中的基准数据中，返回第二步，对刚度折减关系函数进行更新，并重新进行第三步的面向缺陷容忍的加筋筒壳优化设计，直至满足精度要求；至此，完成面向缺陷容忍的加筋筒壳快速优化设计。

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