● 摘要
次加筋壁板结构是一种含有比主加筋小的，起到提高稳定性作用的加强特征的加筋板。通过次加筋的使用可以改变传统加筋板的屈曲模态、调整壁板结构固有振动频率从而极大地提高结构效率，在航空航天方面有着广泛的应用前景。本文针对金属次加筋壁板结构的稳定性进行了分析，提出了两种优化设计方法，研究了在次加筋结构影响下结构的振动特性，总结出了固有频率变化的一般规律等，在设计研究方法方面取得了一定的进展。
本文首先对次加筋壁板的结构稳定性理论进行了推导，对有限元计算方法进行了探索，对影响屈曲载荷和极限载荷的主要参数进行了参数化分析，之后用两种方法对带有次加筋结构的加筋壁板进行了优化设计。第一种方法应用有限元方法构造响应面代理模型，采用序列二次规划法（SQP）并用牛顿法求解其中的子二次规划问题，针对罚函数建立起的有约束的目标函数进行了优化设计。经过优化，结构临界屈曲强度提高了62%，极限强度提高了26%。另一种方法从解析推导出发，以筋条之间的蒙皮发生局部屈曲、主加筋发生局部屈曲、次加筋与带板发生整体屈曲、蒙皮面板达到屈服强度作为四条设计准则，针对高度非线性的解析表达式以及众多的约束条件的特性，采用遗传算法与罚函数结合的策略进行了优化。经过优化，在保证结构强度的前提下使结构重量下降了4%。
在振动分析中，应用克希霍夫板与伯努利梁建立了振动模型，应用伽辽金方法推导了金属次加筋壁板结构的振动方程。之后进行了有限元计算与参数化分析，总结了受次加筋高、筋厚和加筋数量影响下加筋板固有频率的变化规律。经计算，固有频率可以在-7%至+118.3%进行变化，具有一定的可设计性。