题目：金属次加筋结构的稳定性设计优化研究

航空轻量化结构的设计与制造是航空工业与学术界研究的热点问题，而加筋板又是航空结构中使用最为频繁的一种结构形式。目前传统的加筋板设计已经有了一套完善的设计方法与思路，但是如果想进一步提高结构效率，有必要引入新的加筋板结构型式。近年来高速切削、增材制造等技术的快速发展，使得拥有更多细节结构的金属次加筋板的工业化生产成为可能。次加筋板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，较大幅度地提升结构效率。本文针对在新型制造技术背景下的航空轻量化结构发展，总结并发展了次级加筋结构三种可能的形式，分别为直次加筋板、格状次加筋板、曲线次加筋板，并对金属次加筋结构的稳定性问题进行了数值计算与优化研究。

本文首先确定了一套模拟金属次加筋板受单轴压载实验的有限元方案，并且验证了该方案的有效性，其临界屈曲载荷计算结果与文献记录的实验数据误差小于1.5%，而计算得出的模态与实验模态也比较相似。

基于多学科优化软件ModelCenter和有限元软件ABAQUS建立了金属次加筋结构优化设计的软件框架，框架包括使用vc++语言开发的ABAQUS插件与粒子群算法优化工具等。利用该框架，在等重的前提下，对各形式次加筋结构的参数配置进行优化，优化结果显示次加筋概念能够显著提升结构的临界屈曲载荷，三种次加筋结构的临界屈曲载荷相对基准板分别提高了227%、182.3%、179.7%。之后对优化中得到的三种次加筋结构在单轴压载作用下的极限承载能力进行了分析和比较，相比基准板分别获得了46%、25%、36.2%的增益，其中直次加筋板的单轴极限承载能力高于其他两种次加筋板，而拥有更多结构细节的曲线次加筋板的载荷—加载端位移曲线变化较为缓和，没有明显的模态跳变现象出现。。

最后，对次加筋板的单点缺陷敏感度进行了研究，结果表明，直次加筋在较大的单点缺陷下仍然能够保持较高的极限承载能力，而格状次加筋板对单点缺陷的敏感度要明显小于其他两种次加筋板。

结果表明，引入次加筋结构使传统加筋板的稳定性能与极限承载能力提升明显，对于适应新制造技术的航空轻量化结构设计有一定参考价值。