格栅加筋回转壳稳定性能分析与优化

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本文首先简述了格栅加筋回转壳结构的发展应用概况及其构造和性能特点,回顾了近年来格栅加筋回转壳结构在尺寸优化等方面的研究进展。在此基础上,以有限元软件ANSYS为平台,采用参数化编程语言,建立三维有限元分析模型,针对格栅加筋回转壳结构的稳定性问题开展研究,主要工作及结论如下:基于有限元参数化建模方法,开展了受侧压格栅加筋圆柱壳的稳定性分析。在总体积相同情况下,以正交格栅、正交各向异性格栅、等格栅加筋圆柱壳为研究对象,分析了圆柱壳包含不同体胞数、不同体胞构型以及给定体胞数时蒙皮厚度、筋骨尺寸变化对结构临界屈曲载荷、失稳模式的影响。计算结果表明:等体积下,格栅加筋圆柱壳存在最佳匹配的体胞构型和体胞数来最大化临界屈曲载荷;侧压圆柱壳最大临界屈曲载荷发生在局部失稳与整体失稳的过渡区。针对受侧压格栅加筋圆锥壳的斜加筋角度优化问题,通过用单胞高宽比来描述斜加筋角度,分析比较了等质量下斜加筋角度对正交格栅、各向异性格栅、角格栅三种格栅加筋圆锥壳的稳定性影响,结果表明:局部失稳时,随着蒙皮体分比的增大,临界屈曲载荷最大值趋于加筋角度较大的结构,蒙皮体分比相同时,各向异性格栅临界屈曲载荷最大值对应的加筋角度大于角格栅和正交格栅;整体失稳时,随着蒙皮体分比的增大,临界屈曲载荷最大值趋于加筋角度较小的结构,蒙皮体分比相同时,角格栅临界屈曲载荷最大值对应的加筋角度大于各向异性格栅和正交格栅。以载荷质量比为性能指标,研究了正交格栅、各向异性格栅、角格栅三种格栅加筋圆锥壳外形尺寸不变时,结构受侧压载荷下的稳定性能。首先通过枚举方法得到单一结构参数对载荷质量比的影响规律曲线,结果表明,与其他几何参数对载荷质量比的影响相比较,加筋高度对结构的载荷质量比影响最大。在此基础上,开展结构轻量化设计,比较分析了给定载荷下这三种格栅加筋结构的最小重量(体积)曲线,结果表明:随着载荷的上升,三种格栅加筋结构的最小重量曲线均呈现上升趋势,但角格栅构型的最小重量曲线上升速度最缓慢,结构效率提升最明显。
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