张伟南 戴 宁 郭 策 余 逸 龚 赛

南京航空航天大学机电学院，南京，210016

0 引言

飞机机舱和导弹舱段等大尺度薄壁件在保留较高的结构完整性之外，还为机身和舱段内放置的其他物体预留大量的空间，承载效率很高[1]，但薄壁件的大跨度和小厚度导致刚度减小。复杂工况下，井字形加强筋在复杂薄壁件中的加强效果还有进一步优化的空间，所以需要一种新的方法来增大舱段这种复杂薄壁件的刚度。

目前实现复杂薄壁结构刚度增强的方法主要有两种：①使用高比刚度的材料，如钛合金和一些复合增强材料；②通过结构设计合理分配材料，如拓扑优化和近表面加筋法[2-3]，其中，拓扑优化又包括变厚度法[4-5]、变密度法[6]及微结构等效的均匀化方法[7]。

拓扑优化作为一种使用广泛的结构优化方法，将刚度最大的数学问题转化为材料的最优分布问题，但该方法在处理复杂薄壁结构的刚度增强问题时依旧存在局限性，难以用于薄板和杆的组合传力结构等其他组合传力结构。

近表面加筋法是工程中轻质高刚设计的一种方法，加强筋的布置主要依据工程师的经验[3]，比较常见的有“井字形”和“米字形”，但缺乏相关理论依据。自然环境中的生物体经过漫长的进化过程，具有适应恶劣环境的生物最优结构。通过前期调研，针对薄壁件刚度增强问题，笔者选择王莲作为研究对象，借鉴王莲叶片脉络的分布规律，对结构进行优化设计。

ZHANG等[8]、LI等[9]利用生物分支现象对机座结构壁板加强筋进行拓扑优化，提出一种提高比刚度的设计方法，但壁板很薄时，该方法对曲面形状加筋的优化效果不够明显。……