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近年来,闭口截面柔性薄壁悬臂梁在建筑、航空和船舶等重要的工程领域得到了广泛的应用。在实际的工程运用中,闭口截面柔性薄壁悬臂梁常受到外界环境的影响导致结构发生屈曲失效,降低了结构可靠性,严重的可能会引发一连串的安全问题。本文采用Rayleigh-Ritz能量法、有限元法对闭口截面柔性薄壁悬臂梁的屈曲失效进行分析;采用全因子法、满意度函数法和ANSYS技术,对闭口截面柔性薄壁悬臂梁进行参数优化设计,提高结构的可靠性防止结构屈曲失效。其主要研究工作如下所示:(1)针对闭口截面柔性薄壁悬臂梁不符合中面剪力流为常数的假定,以往简化建模的方法,不再适用于对闭口截面柔性薄壁悬臂梁进行屈曲失效分析的问题,提出了一种基于Rayleigh-Ritz能量法的线性屈曲分析方法。首先采用Rayleigh-Ritz法拟合出逼近真实无限自由度的挠度函数;然后引入势能驻值原理,推导了线性屈曲临界载荷方程;最后结合ANSYS仿真技术对闭口截面柔性薄壁悬臂梁进行线性屈曲分析,验证了所建模型适用于对该结构进行线性屈曲分析,得出了屈曲失效载荷解析解、结构的失效形式和屈曲模态。为后续对闭口截面柔性薄壁悬臂梁的非线性屈曲分析做好铺垫。(2)针对闭口截面柔性薄壁悬臂梁在实际工况运用中受多种因素的影响,其屈曲朝着非线性屈曲和后屈曲方向发展,此时如何同时考虑屈曲后路劲的跟踪、分叉点和极值点屈曲求解、结构材料非线性和几何非线性及初始缺陷对结构屈曲失效结果的影响问题,提出了一种基于有限元方法的非线性屈曲分析方法。首先采用改进的弧长法解决了迭代过程的不收敛;然后引用“一致缺陷模态法”和经典双线性随动强化本构模型分别将几何缺陷和材料非线性加到结构上;最后采用有限元方法考虑同时存在材料和几何非线性下,含缺陷和不含缺陷的闭口截面柔性薄壁悬臂梁非线性屈曲,有效的分析了结构在实际工程中的失效情况。为后续对闭口截面柔性薄壁悬臂梁的参数优化设计奠定基础。(3)针对闭口截面柔性薄壁悬臂梁在参数优化设计过程中难以构建响应优化设计模型、常规优化算法难以使全局参数最优和响应变量输出结果误差大,致使难以提升结构可靠性的问题,提出了一种基于全因子法、满意度函数法和ANSYS技术的参数优化设计的新方法。首先通过全因子法进行了试验设计;然后结合ANSYS技术解决了以往分析中响应变量输出结果误差大的问题,构建了响应优化设计模型;最后通过满意度函数法将响应问题转变为求满意度函数值最大的简化问题,获得了符合约束条件下优化设计的方案。通过对闭口截面柔性薄壁悬臂梁进行参数优化设计,得到了最优的参数,提高了结构的可靠性,为该结构的参数优化设计提供一种新思路,有较大的推广应用价值。