【摘 要】
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近年来飞行器正朝着高性能、低成本的方向发展,而其内部舱段结构的轻量化设计和优化是重要的支撑技术之一。目前现有的“井字型”等结构布局设计形式对圆筒型结构刚性效果尚可,但随着气动外形的不断演化,非圆筒形复杂薄壁结构的“井字型”将不再适合。针对上述问题,本文以异形薄壁结构的轻质高刚仿生设计与优化、载荷等效及刚度检测验证为主要内容展开研究。主要研究工作如下:（1）针对传统井字型加强筋等加强方式在面对复杂薄
【基金项目】
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国家自然科学基金（51775273）； 国防基础科研基础研究与前沿技术计划（JCKY2018605C010）； 国防创新特区项目（18-163-12-ZT-004-063-01）；
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近年来飞行器正朝着高性能、低成本的方向发展,而其内部舱段结构的轻量化设计和优化是重要的支撑技术之一。目前现有的“井字型”等结构布局设计形式对圆筒型结构刚性效果尚可,但随着气动外形的不断演化,非圆筒形复杂薄壁结构的“井字型”将不再适合。针对上述问题,本文以异形薄壁结构的轻质高刚仿生设计与优化、载荷等效及刚度检测验证为主要内容展开研究。主要研究工作如下:（1）针对传统井字型加强筋等加强方式在面对复杂薄壁件时的刚度增强效果并不理想的问题,提出了一种基于主应力线的异形薄壁结构轻质高刚仿生结构设计方法。基于王莲筋脉分布规律抽取出主应力线模型,并研究了多因素对该模型的影响与调控。（2）针对主应力线族中的主应力线简化问题,提出了一种等效主应力线的简化抽取方法。根据等效主应力线完成轻质高刚仿生舱段模型的设计和优化工作,通过有限元分析了各组模型的刚度提升效果,考虑了结构制造工艺优化并完成金属3D打印工作。（3）针对机械施压的方式难以体现气动均布载荷的问题,提出了一种将气动均布载荷等效成支反力载荷的载荷等效方法,制定了三种等效方案,通过有限元分析评估每一种方案的准确性,并选择最合理的设计方案。（4）针对异形舱段结构的刚度实验分析问题,设计了一种可以四个面同时添加相同载荷且支反力载荷垂直各表面的夹具,检测结果表明,异形舱段结构的质量降低19%,比刚度结构效能提高34.9%,验证了该方法的有效性。
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