基于植物葉脈形態(tài)的板殼結(jié)構(gòu)加強筋設(shè)計.pdf

1、板殼結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中非常廣泛，在既要保證整體剛度又不增加板殼厚度的情況下設(shè)置加強筋是非常有效的方法。本文基于植物葉片葉脈分布規(guī)律結(jié)合板殼結(jié)構(gòu)優(yōu)化探究了板殼結(jié)構(gòu)加強筋在類型設(shè)計變量、位置設(shè)計變量和尺寸設(shè)計變量三大設(shè)計要素上的仿生設(shè)計方案。相繼做了相似性驗證分析，植物葉片葉脈分布形態(tài)的模擬，葉片葉脈分布規(guī)律的總結(jié)與提取，結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，板殼結(jié)構(gòu)加強筋仿生設(shè)計方案的歸納設(shè)計等工作，最后進行了工程應(yīng)用模擬驗證分析，具體工作可以概括如下：
　

2、　（1）對板殼結(jié)構(gòu)和植物葉片共同的相似特征（結(jié)構(gòu)、功能、適應(yīng)性、工況等）建立評價因素集，對相似元特征建立判斷矩陣，并進行一致性檢驗，得出各相似元權(quán)重系數(shù)；根據(jù)植物葉片與板殼結(jié)構(gòu)兩個模糊系統(tǒng)各相似元特征值的比值，得出了植物葉片與板殼結(jié)構(gòu)之間的相似元相似度。結(jié)果顯示兩者相似度較高，符合本文仿生需求，確定了植物葉片葉脈作為本文板殼結(jié)構(gòu)加強筋的仿生對象；
　?。?）基于植物葉片結(jié)構(gòu)建立了三種植物葉片模型，模擬葉片在風(fēng)雨共同激勵下葉脈分布情

3、況，結(jié)果顯示通過模擬仿真得出的脈序展現(xiàn)出中軸圖式現(xiàn)象和實際葉片葉脈分布相吻合，驗證了本文優(yōu)化方法的正確性。在此基礎(chǔ)上分析總結(jié)了植物葉脈分布規(guī)律；
　?。?）結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化后材料分布位置及其濃度可以為加強筋的排布方式及尺寸設(shè)計提供思路。本文對板殼結(jié)構(gòu)進行了多種形式的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對優(yōu)化結(jié)果進行了對比分析，基于對比結(jié)果并結(jié)合植物葉片葉脈分布規(guī)律總結(jié)了板殼結(jié)構(gòu)加強筋仿生設(shè)計方案，基于仿生方案并針對結(jié)構(gòu)特點對板殼結(jié)構(gòu)模型進行仿生設(shè)計，將仿生設(shè)計

4、與原傳統(tǒng)設(shè)計進行對比分析，對比結(jié)果顯示仿生結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在總質(zhì)量相當(dāng)?shù)那疤嵯?，結(jié)構(gòu)變形量及最大應(yīng)力都比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)小的多，表明本文仿生設(shè)計是合理的有效的；
　　（4）分別對飛機蒙皮不規(guī)則曲面殼結(jié)構(gòu)及城市公交車車身平面板結(jié)構(gòu)進行加強筋仿生設(shè)計，進一步探究仿生板殼加強筋在實際工程中的應(yīng)用情況。兩種應(yīng)用結(jié)果皆顯示在與傳統(tǒng)模型質(zhì)量相當(dāng)?shù)那闆r下，仿生模型的變形量、應(yīng)力都相應(yīng)小的多，結(jié)構(gòu)的剛度、強度得到較大的提升，仿生筋條起到了有效抵制結(jié)構(gòu)變形及