自適應(yīng)成長(zhǎng)法是基于自然界分支系統(tǒng)形態(tài)形成機(jī)理的一種高效結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法。通過(guò)引入等效靜態(tài)載荷法理論,運(yùn)用自適應(yīng)成長(zhǎng)法解決板殼加筋結(jié)構(gòu)在承受動(dòng)載荷激勵(lì)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。根據(jù)板殼結(jié)構(gòu)所受的動(dòng)載荷邊界條件,構(gòu)建以動(dòng)柔度為目標(biāo)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)迭代公式,使板殼結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)筋從"種子"開(kāi)始,沿著使結(jié)構(gòu)最佳力學(xué)性能方向成長(zhǎng),從而形成最優(yōu)加強(qiáng)筋分布形態(tài)。研究在簡(jiǎn)諧載荷和沖擊載荷作用下的板殼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)例,并與靜態(tài)載荷作用下的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行比較。研究結(jié)果表明,板殼結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)載荷作用下,其主加強(qiáng)筋布局形態(tài)和在靜態(tài)載荷作用下相同,但在靠近載荷作用點(diǎn)附近出現(xiàn)與主加強(qiáng)筋平行的截面積較小的加強(qiáng)筋,以增加抵抗動(dòng)態(tài)載荷的作用;而沖擊載荷作用下的加強(qiáng)筋與一般簡(jiǎn)諧載荷作用下的加強(qiáng)筋相比,多出一層較復(fù)雜的框型筋板抵抗瞬時(shí)沖擊力。 

【文章來(lái)源】：振動(dòng)與沖擊. 2020,39(14)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

基結(jié)構(gòu)模型

(2) 進(jìn)行瞬態(tài)分析,根據(jù)位移和相應(yīng)的應(yīng)力場(chǎng),分別計(jì)算所有時(shí)間間隔內(nèi)的等效靜態(tài)載荷,將等效靜態(tài)載荷作為多重載荷條件應(yīng)用于優(yōu)化過(guò)程。動(dòng)態(tài)載荷等效轉(zhuǎn)化為靜態(tài)載荷的詳解過(guò)程如圖2(b)所示;(3) 分析成長(zhǎng)加強(qiáng)筋的靈敏度并計(jì)算優(yōu)化迭代的結(jié)構(gòu)動(dòng)柔度連續(xù)兩次的差值,若大于收斂容差ε,則繼續(xù)更新設(shè)計(jì)變量Ai。然后再判斷設(shè)計(jì)變量Ai是否滿足“分歧”和“退化”條件,即Ai>Ab,則“分歧”, Ai<A0,則“退化”,從而更新需要成長(zhǎng)的筋板數(shù)。最后如果結(jié)構(gòu)應(yīng)變能連續(xù)兩次的差值小于收斂容差ε或者迭代次數(shù)k到達(dá)設(shè)定的最大值kn,則退出循環(huán),獲得加強(qiáng)筋最優(yōu)布局形態(tài)。

如圖3(a)所示的是一左端固定的平面懸臂板結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)模型尺寸為L(zhǎng) ∶W=3 ∶2,設(shè)計(jì)區(qū)域被離散為324個(gè)殼單元和梁?jiǎn)卧?右端中點(diǎn)位置處承受隨時(shí)間變化的簡(jiǎn)諧載荷F(t),如圖3(b)所示。幅值為2 kN,激勵(lì)頻率為1 500 Hz。圖4是加強(qiáng)筋的成長(zhǎng)過(guò)程,圖4(a)、圖4(b)和圖4(c)分別是迭代步數(shù)為k=5,k=50,k=310時(shí)的加強(qiáng)筋布局情況。三個(gè)“種子”選取在承載點(diǎn)和約束處,位置如圖中圓點(diǎn)所示。由圖可知,加強(qiáng)筋首先從“種子”處“生長(zhǎng)”,直接連接承載點(diǎn)和約束點(diǎn),然后依據(jù)自身設(shè)計(jì)靈敏度,不斷地成長(zhǎng)與退化,在結(jié)構(gòu)的中間以及承載約束處形成較大截面積的加強(qiáng)筋,最終加強(qiáng)筋分布結(jié)果如圖4(c)所示,圖4(e)是其三維視圖。圖4(d)所示在靜力載荷工況下的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn),在簡(jiǎn)諧載荷作用下,多出一層平行于主加強(qiáng)筋且較細(xì)小的筋板來(lái)穩(wěn)固承受動(dòng)力載荷的結(jié)構(gòu)。圖4(f)是設(shè)計(jì)迭代歷程曲線圖,由圖可見(jiàn),隨著迭代步數(shù)的增加,結(jié)構(gòu)的總動(dòng)柔度開(kāi)始急劇下降,同時(shí)體積迅速上升,隨后由于加強(qiáng)筋的截面積不斷的生長(zhǎng)與退化,結(jié)構(gòu)的總動(dòng)柔度和總體積的變化速度都逐步變得平緩,并趨于穩(wěn)定,在迭代步數(shù)k=310時(shí),停止迭代。最終結(jié)構(gòu)的整體動(dòng)柔度與初始結(jié)構(gòu)的動(dòng)柔度之比C/C0=7.2×10-3。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3537214