基于大变形和板/筋节点参数转换方程的薄壁加筋折叠板结构优化

Guangxi is often attacked by Typhoons. Under the strong wind and heavy rain brought by the typhoons, the nonlinear deformation of stiffened thin-walled folded plates may occur, which leads to different responses compared to the linear deformation. Therefore, in the optimum design, taking nonlinear factors into account is vital to the safety of the structure. Considering various of nonlinear behaviors of stiffened thin-walled folded plates, including large deflection, large amplification vibration, local buckling and post-buckling, and introducing the variation of stiffener location with the nodal parameter transformation equation, a meshless structural optimization method of the structure is proposed in the project. The method gives the numerical solution of a problem entirely based on the points (nodes) that distributed on the problem domain, and no element or any other direct relation among the nodes is required, which has broken the limit introduced by meshes in handling nonlinear deformation and optimizing the location of stiffeners and is computational efficiency and adaptable. Considering the nonlinear factors can also allow the design to be more applicable in engineering and make full use of building materials.

广西为台风多发地区，在台风豪雨等极端天气荷载作用下，薄壁加筋折叠板结构可发生非线性大变形，使结构的响应与线弹性情况下相比大为不同。因此，在设计优化中充分考虑非线性因素，对土木工程中该结构的安全至关重要。本项目将在考虑薄壁折叠板结构各种非线性大变形行为，包括大挠度弯曲、大振幅振动、局部屈曲和后屈曲等的同时，基于板/筋节点参数转换方程引入加强筋条位置的变化，提出一种针对该结构的无网格结构优化方法。该数值方法将完全基于分布在结构问题域上的离散点来给出问题的近似解，点与点之间没有单元或其他任何的直接连接，可突破传统有网格数值方法（如有限元法等）处理非线性因素以及优化加强筋条布置时的网格限制，计算效率更高，有着更强的适应性。充分考虑非线性因素还可使结构设计更贴近实际工况，并能更经济地利用建筑材料。

广西为台风多发地区，在台风豪雨等极端天气荷载作用下，薄壁加筋折叠板结构可发生大变形，使结构的响应与线弹性情况下相比大为不同。因此，在设计优化中充分考虑大变形因素，对土木工程中该结构的安全至关重要。本项目考虑薄壁折叠板结构各种大变形行为，包括大挠度弯曲、大振幅振动、局部屈曲和后屈曲等的同时，基于板/筋节点参数转换方程引入加强筋条位置的变化，提出一种针对该结构的无网格结构优化方法。该数值方法完全基于分布在结构问题域上的离散点来给出问题的近似解，点与点之间没有单元或其他任何的直接连接，可突破传统有网格数值方法（如有限元法等）处理大变形因素以及优化加强筋条布置时的网格限制，计算效率更高，有着更强的适应性。充分考虑大变形因素还可使结构设计更贴近实际工况，并能更经济地利用建筑材料。. 项目研究提出的加筋薄壁折叠板结构无网格模型，可分析模拟该结构的多种非线性行为，包括大挠度弯曲、大振幅振动、局部屈曲和后屈曲等，并通过实验验证了该模型的准确性；以上述模型为基础，发展一种多目标优化无网格方法，可突破传统有网格设计优化方法的网格限制，在考虑非线性因素条件下，针对包括筋条布置在内的多个要求进行薄壁折叠板结构的设计优化；编制出包含前、后处理的用户界面程序，与上述无网格模型和多目标优化方法的核心计算程序整合开发出加筋薄壁折叠板结构的分析与设计程序包，便于实际的工程应用。本项目给出了求解加肋板优化问题新的思路，研究成果可用于薄壁折叠板结构大变形分析，还可为筏板基础肋梁布置优化设计提供借鉴，推动计算力学理论发展，具有重要的工程和学术意义。