基于多保真度建模的多层级筒壳屈曲分析及优化方法研究
发布时间：2025-05-06 23:01
筒壳结构由于具有较高的比刚度和比强度,被广泛地应用于运载火箭的燃料贮箱和级间段等主承力结构中。相比于传统的筒壳结构,基于生物学启发建立的多层级筒壳结构具有丰富的结构或者材料层级,在高承载和低成本需求方面表现出巨大优势,但结构或者材料层级的丰富也带来了屈曲分析效率低及全局寻优能力差的难题。为了解决这两个难题,本文以混杂纤维筒壳和多级加筋壳两类多层级筒壳结构为研究对象,开展了多层级筒壳屈曲分析与优化方法研究。首先,建立了基于本征正交分解(ProperOrthogonal Decomposition,POD)降阶的混杂纤维筒壳结构线性屈曲分析及优化方法,提高了刚度突变的混杂纤维筒壳结构的线性屈曲分析及优化效率。然后,建立了基于渐近均匀化快速数值实现方法(Numerical Implementation of Asymptotic Homogenization,NIAH)的多级加筋壳结构线性屈曲分析方法,提高了多级加筋壳结构的线性屈曲分析效率。进而,提出了基于自适应等效策略的多级加筋壳后屈曲优化方法,提高了多级加筋壳的后屈曲优化效率。其后,针对加筋筒壳的等效模型建立了屈曲模态预测精度评估方法和模...
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 筒壳结构屈曲分析方法研究进展
1.3 筒壳结构折减因子预测方法研究进展
1.4 筒壳结构优化方法研究进展
1.5 本文主要研究工作
2 基于POD降阶的混杂纤维筒壳线性屈曲分析及优化方法
2.1 引言
2.2 筒壳结构屈曲分析方法
2.2.1 瑞利-里兹法
2.2.2 特征值屈曲分析方法
2.2.3 显式动力学方法
2.3 基于POD降阶的线性屈曲分析方法
2.4 基于POD屈曲分析方法的混杂纤维筒壳低成本优化方法
2.4.1 混杂纤维复合材料等效模量计算方法
2.4.2 混杂纤维筒壳低成本优化框架
2.4.3 混杂纤维筒壳低成本优化算例
2.5 基于POD屈曲分析方法的混杂纤维筒壳铺层角优化方法
2.5.1 混杂纤维筒壳铺层角优化框架
2.5.2 含开孔混杂纤维筒壳铺层角优化算例
2.6 小结
3 基于NIAH等效的多级加筋壳线性屈曲分析方法
3.1 引言
3.2 加筋筒壳结构等效方法
3.2.1 等效刚度法
3.2.2 NIAH方法
3.3 基于NIAH等效的加筋筒壳NSSM方法
3.3.1 NSSM方法
3.3.2 NSSM方法的预测精度验证
3.3.3 NSSM方法的预测效率验证
3.3.4 NSSM方法对不同加筋构型适用性验证
3.3.5 NSSM方法对不同载荷工况适用性验证
3.4 小结
4 基于NSSM自适应等效的多级加筋壳后屈曲优化方法
4.1 引言
4.2 基于代理模型技术的优化方法
4.2.1 拉丁超立方法抽样方法
4.2.2 径向基函数代理模型技术
4.2.3 多岛遗传优化算法
4.3 基于NSSM自适应等效的多级加筋壳后屈曲优化方法
4.3.1 基于NSSM自适应等效的多级加筋壳后屈曲分析方法
4.3.2 基于定点法的多级加筋壳后屈曲优化框架
4.3.3 多级加筋壳后屈曲优化算例
4.4 小结
5 基于模型修正的加筋筒壳折减因子快速预测优化方法
5.1 引言
5.2 多点最不利扰动载荷方法
5.3 面向屈曲载荷和屈曲模态精确预测的加筋筒壳模型修正方法
5.3.1 基于NIAH的加筋筒壳后屈曲分析方法
5.3.2 屈曲模态预测精度评估方法
5.3.3 加筋筒壳等效模型的模型修正方法
5.4 加筋筒壳折减因子快速预测优化方法
5.5 小结
6 基于多保真度竞争性抽样的多层级筒壳代理模型后屈曲优化方法
6.1 引言
6.2 多保真度竞争性抽样方法
6.3 基于多保真度竞争性抽样的混杂纤维筒壳低成本优化方法
6.3.1 混杂纤维筒壳低成本优化框架
6.3.2 含开孔混杂纤维筒壳低成本优化算例
6.4 基于多保真度竞争性抽样的多级加筋壳后屈曲优化方法
6.4.1 多级加筋壳后屈曲优化框架
6.4.2 多级加筋壳后屈曲优化算例
6.5 基于多保真度竞争性抽样的加筋筒壳折减因子预测优化方法
6.5.1 加筋筒壳折减因子预测优化框架
6.5.2 加筋筒壳折减因子预测优化算例
6.6 小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：4043221
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 筒壳结构屈曲分析方法研究进展
1.3 筒壳结构折减因子预测方法研究进展
1.4 筒壳结构优化方法研究进展
1.5 本文主要研究工作
2 基于POD降阶的混杂纤维筒壳线性屈曲分析及优化方法
2.1 引言
2.2 筒壳结构屈曲分析方法
2.2.1 瑞利-里兹法
2.2.2 特征值屈曲分析方法
2.2.3 显式动力学方法
2.3 基于POD降阶的线性屈曲分析方法
2.4 基于POD屈曲分析方法的混杂纤维筒壳低成本优化方法
2.4.1 混杂纤维复合材料等效模量计算方法
2.4.2 混杂纤维筒壳低成本优化框架
2.4.3 混杂纤维筒壳低成本优化算例
2.5 基于POD屈曲分析方法的混杂纤维筒壳铺层角优化方法
2.5.1 混杂纤维筒壳铺层角优化框架
2.5.2 含开孔混杂纤维筒壳铺层角优化算例
2.6 小结
3 基于NIAH等效的多级加筋壳线性屈曲分析方法
3.1 引言
3.2 加筋筒壳结构等效方法
3.2.1 等效刚度法
3.2.2 NIAH方法
3.3 基于NIAH等效的加筋筒壳NSSM方法
3.3.1 NSSM方法
3.3.2 NSSM方法的预测精度验证
3.3.3 NSSM方法的预测效率验证
3.3.4 NSSM方法对不同加筋构型适用性验证
3.3.5 NSSM方法对不同载荷工况适用性验证
3.4 小结
4 基于NSSM自适应等效的多级加筋壳后屈曲优化方法
4.1 引言
4.2 基于代理模型技术的优化方法
4.2.1 拉丁超立方法抽样方法
4.2.2 径向基函数代理模型技术
4.2.3 多岛遗传优化算法
4.3 基于NSSM自适应等效的多级加筋壳后屈曲优化方法
4.3.1 基于NSSM自适应等效的多级加筋壳后屈曲分析方法
4.3.2 基于定点法的多级加筋壳后屈曲优化框架
4.3.3 多级加筋壳后屈曲优化算例
4.4 小结
5 基于模型修正的加筋筒壳折减因子快速预测优化方法
5.1 引言
5.2 多点最不利扰动载荷方法
5.3 面向屈曲载荷和屈曲模态精确预测的加筋筒壳模型修正方法
5.3.1 基于NIAH的加筋筒壳后屈曲分析方法
5.3.2 屈曲模态预测精度评估方法
5.3.3 加筋筒壳等效模型的模型修正方法
5.4 加筋筒壳折减因子快速预测优化方法
5.5 小结
6 基于多保真度竞争性抽样的多层级筒壳代理模型后屈曲优化方法
6.1 引言
6.2 多保真度竞争性抽样方法
6.3 基于多保真度竞争性抽样的混杂纤维筒壳低成本优化方法
6.3.1 混杂纤维筒壳低成本优化框架
6.3.2 含开孔混杂纤维筒壳低成本优化算例
6.4 基于多保真度竞争性抽样的多级加筋壳后屈曲优化方法
6.4.1 多级加筋壳后屈曲优化框架
6.4.2 多级加筋壳后屈曲优化算例
6.5 基于多保真度竞争性抽样的加筋筒壳折减因子预测优化方法
6.5.1 加筋筒壳折减因子预测优化框架
6.5.2 加筋筒壳折减因子预测优化算例
6.6 小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：4043221
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/4043221.html
