动态载荷下薄板加强筋结构拓扑优化设计

来源：振动与冲击杂志2025年第15期北京时间：

作者：温志超,，孙直，胡程涛,，石姗姗shishanshandjtu@foxmail.com,

单位：1.大连交通大学高速列车服役安全关键技术铁路行业重点实验室，辽宁大连116028；2.大连交通大学詹天佑学院(中车学院)，辽宁大连116028；3.大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁大连116024

摘要：加强筋板壳结构在工程中有着广泛的应用，加强筋合理的布局可以有效提升加强筋板壳结构的刚度和承载能力。为了实现薄板结构最优的加强筋布局优化设计，提出了一种适用于多相材料的薄板加强筋结构的动态拓扑优化新方法。首先，基于等效刚度理论，将加强筋与基板分别设置为强、弱材料，以不同的抗弯刚度表征加强筋与基板；其次，采用Hilber-Hughes-Taylor-α（HHT-α）方法求解动力学有限元模型，并结合先离散后微分的伴随变量方法进行动态灵敏度分析；再次，通过角点简支方板的加强筋分布拓扑优化算例与传统方法对比，验证了薄板加强筋结构动态拓扑优化方法的有效性。最后，针对不同边界条件和载荷工况下的薄板结构，进行了单相和双相材料下加强筋动态拓扑优化设计。结果表明：提出的动态载荷下薄板加强筋结构拓扑优化方法在复杂动态工况下表现出良好的适应性和稳定性，引入双相材料后，通过合理的材料分布和细化的结构设计，成功克服了单相材料在连续性分布上的不足。优化后的加强筋结构连续，传力路径完整，显著优于传统方法。<br>

关键词：多相材料；拓扑优化；薄板加强筋设计；HHT-α法；伴随变量方法