一種基于剛度等效和模型降階的減振優化快速計算方法。首先，針對復雜加筋薄壁結構劃分有限元周期性加筋單胞結構，建立原薄壁加筋結構同尺寸不含筋條的光筒薄壁結構。其次，基于有限元單胞得到等效剛度系數、等效密度、模型整體結構質量及結構承載力。再次，將等效剛度系數和等效密度參數賦予光筒薄壁結構建立等效模型，再通過建立降階分析模型得到特定工作頻段能量值。最后，建立有限元優化列式，以加筋薄壁結構的殼體厚度和筋條參數為設計變量，以承載力和能量值作為約束，質量最小化為目標進行輕量化設計。本發明對于多種類型的薄壁加筋結構、多種狀況動力響應分析有較高的適用性，且具有滿足精度和高效計算的優勢，能夠協同考慮多個約束條件。
技術領域
本發明屬于航空航天中主承力薄壁構件減振優化設計領域，提出一種基于剛度等效和模型降階的減振優化快速計算方法。
背景技術
薄殼結構廣泛用于航空航天承力部件，如運載火箭燃料貯箱、飛機機身、航空發動機加力筒體等。典型的薄殼結構包括柱殼、錐殼、球殼、組合殼等。典型的服役工況包括軸壓、外壓、扭轉、軸內壓、軸外壓、軸扭轉等。同時薄壁結構除了承受靜態載荷以外，還承受不同類型的動力載荷，在其使用期間，不可避免地受到外界環境的振動干擾，動力損傷是其主要的破壞形式之一。在部分航天部件的運行過程中，還會要求其固有頻率遠離發動機振動頻率，并保證一定的抗擊振動能力。
對于大型復雜結構，其動載荷下的力學分析計算量比靜力分析大幾個數量級，求解過程極其耗費時間，構造合適的降階模型能夠在大幅度降低計算時間的同時保證計算動力分析的精度，并解決大型復雜結構的多約束多工況優化迭代中大量動力學計算非常耗時的問題。同時對于復雜薄壁結構的分析和優化，其快速承載力預測的需求也變得日益迫切。
為了改善結構或者系統的動態特性，達到控制振動的目的，確保其動力環境下的工作安全可靠，開展動力優化設計方面的研究和應用變得日益迫切，發明一種在研發階段就考慮動力性能并進行減振優化，并綜合結構的承載力，多變量協同化設計，實現輕量化目標的快速優化計算方法尤為重要。
發明內容
本發明主要解決復雜薄壁加筋結構協同承載力和動力需求實現輕量化設計耗時巨大的問題，提出一種基于剛度等效和模型降階的減振優化快速計算方法。
針對優化區間范圍內的復雜薄壁加筋結構，首先劃分周期性單胞結構，并建立原薄壁加筋結構同尺寸不含筋條的光筒薄壁結構。然后，對單胞結構求解得到等效剛度系數，針對加筋薄壁結構整體屈曲載荷預測得到承載力，對單胞提取質量并經過乘積計算得到模型整體質量，并采用面積等效方法得到等效密度。進而，將等效密度和等效剛度賦予到光筒模型，使用模型降階方法結合全局減縮基技術，建立降階數值分析模型，對降階后的模型進行動力學分析，計算得到特定工作頻段能量值。最后，以加筋薄壁結構的殼體厚度和筋條參數為設計變量，結構承載力和工作頻段能量值作為約束，質量最輕為目標進行優化設計。
為了達到上述目的，本發明的技術方案為：
一種基于剛度等效和模型降階的減振優化快速計算方法，包括以下步驟：
第一步，針對復雜加筋薄壁結構劃分有限元周期性加筋單胞結構，并建立原薄壁加筋結構同尺寸不含筋條的光筒薄壁結構，具體如下：
首先，建立復雜加筋薄壁結構，從加筋薄壁結構中劃分出代表性周期加筋單胞結構，得到單胞有限元模型，其中單胞結構主要包括蒙皮和筋條兩個部分。其次，根據原加筋薄壁結構，建立同樣尺寸去除筋條的光筒薄壁結構。最后，對單胞結構和光筒薄壁結構有限元單元網格劃分，并對單胞結構賦予材料屬性。
第二步，基于有限元單胞計算得到等效剛度系數、等效密度、模型整體結構質量以及結構承載力，具體如下：
