[发明专利]一种轴压加筋柱壳的开口补强方法

权利要求书

1.一种轴压加筋柱壳的开口补强方法，其特征在于，所述轴压加筋柱壳的开口补强方法包括：

步骤100，对含开口的轴压加筋柱壳划分远口区和近口区，包括以下子步骤：

步骤101，利用特征值屈曲分析，获得轴压加筋柱壳的前n阶屈曲模态；

步骤102，在前n阶屈曲模态中筛选满足筛选条件的前m阶局部屈曲模态，进而将前m阶局部屈曲模态叠加形成混合模态形状，其中，筛选条件为：屈曲变形大于屈曲变形阈值的区域面积小于等于壳体总面积1/a，a取2至4；

步骤103，根据形成的混合模态形状，将屈曲变形超过屈曲变形阈值的区域划分为近口区，其余区域为远口区；

步骤200，在远口区建立等效刚度模型，在近口区建立精细几何模型，并获得轴压加筋柱壳的混合分析模型，包括以下子步骤：

步骤201，建立基于均匀化理论或渐进均匀化理论的轴压加筋柱壳结构的等效刚度模型，将远口区的轴压加筋柱壳等效为各向异性或各向同性光壳；

步骤202，基于由非均匀有理B样条曲线描述的曲筋，在近口区建立精细几何模型；

步骤203，设定近口区和远口区的连接关系，得到含开口的轴压加筋柱壳的轴压承载能力混合分析模型；

步骤300，对轴压加筋柱壳进行开口补强优化，并对最优结果进行校验；包括以下子步骤：

步骤301，第一层优化中，利用代理模型结合全局优化方法，将筋条厚度、筋条高度、轴向筋条数量和布局、环向筋条数量和布局以及铺层角之一或其组合作为设计变量，将轴压加筋柱壳结构的轴压承载力作为目标函数，将结构重量和/或结构制造成本作为约束条件，对轴压加筋柱壳结构进行优化设计，得到满足约束条件的最优设计，其中，轴向筋条的布局采用由单一控制变量描述的布局函数确定；

步骤302，第二层优化中，基于第一层最优设计，将筋条厚度、筋条高度、轴向筋条数量和环向筋条数量固定，利用梯度类局部优化方法，将每个曲筋的控制点坐标作为设计变量，将轴压加筋柱壳结构的轴压承载力作为目标函数，将结构重量和/或结构制造成本作为约束条件，对轴压加筋柱壳结构进行优化设计，得到满足约束条件的最优结果；

步骤303，利用精细有限元分析，对最优结果进行校验。

2.根据权利要求1所述的轴压加筋柱壳的开口补强方法，其特征在于，所述代理模型包括：响应面模型、kriging模型或径向基函数模型，所述全局优化方法包括：粒子群算法、遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法、禁忌搜索算法或免疫算法。

3.根据权利要求1所述的轴压加筋柱壳的开口补强方法，其特征在于，所述梯度类局部优化方法包括：最速下降法、可行方向法、单纯形法、序列线性规划法或序列二次规划法。

4.根据权利要求1所述的轴压加筋柱壳的开口补强方法，其特征在于，通过以下公式来表示轴向筋条的布局函数：

$C_i=L_D{\left(\frac{i}{N}\right)}^{\mathrm{\λ}},i=1,2,...,N-1$

其中，C_i表示第一个筋条与第i个筋条之间的距离，λ表示筋条布局系数，N表示筋条数量，L_D表示第一个筋条与最后一个筋条之间的距离。