随着仿生学的发展,仿生设计方法被广泛应用于薄板结构加强筋布局设计。利用生物系统的形态或功能机理来指导加强筋设计,能够获得清晰高效的加筋布局。然而,现有的研究通常以具体的结构为设计对象,只能解决特定的工程问题,应用范围十分有限。本文从双子叶植物脉序形成机理中获得启发,提出一种具有普遍适用性的加强筋仿生设计方法,对典型算例进行了加筋布局的刚度优化和频率优化设计,并进行了不同加筋布局的对比实验。首先,通过不规则加强筋与双子叶植物叶脉之间的相似性分析,阐明了加强筋布局设计的仿生机理。在总结双子叶植物脉序形成机理的基础上,提出了薄板加筋布局的仿脉序生长设计法,对其概念定义、生长/退化准则和具体实现流程进行了阐述。设计过程中,利用单元灵敏度数判断加强筋的生长和退化。推导了实体单元和空单元灵敏度数的一般表达式,并提出了灵敏度过滤策略。利用Python语言对Abaqus进行二次开发,设计了基于Abaqus/CAE的插件程序。其次,利用仿脉序生长设计法进行了加筋布局的刚度优化设计。采用伴随方法推导了单元刚度灵敏度数,并探讨了刚度优化设计中各项参数的选取原则。以最大化结构整体刚度为目标,对典型薄板结构进行了加筋布局设计。再次,将仿脉序生长设计法拓展到了结构的频率优化问题。基于无阻尼自由振动的有限元平衡方程,推导了单元频率灵敏度数。以单边固支方板的基频最大化问题为例,探讨了频率优化中的各项参数选取原则。选择最大化低阶固有频率和最大化前两阶固有频率之间距离为优化目标,对典型算例进行了加筋布局设计。最后,将本文获得的加筋布局与现有文献中的结果以及传统的正交布局进行了实验对比。静力实验中,通过测量薄板在静载荷作用下的位移来衡量不同的加筋布局对结构刚度的影响。模态实验中,采用锤击法测得了不同布局加筋板的前5阶固有频率。实验结果验证了采用本文方法获得的加筋布局能够有效地提高结构的静、动态力学性能。数值算例和实验结果表明,本文所提出的方法设计效率高,适用于多种目标函数下的任意薄板结构加筋设计问题,获得的加强筋布局简单清晰,对结构的增强效果明显。并且,开发的Abaqus插件程序可以方便地在计算机上实现。