[發明專利]一種桁架式結構設計方法

無效

• 申請號: 201010102537.0
• 申請日: 2010-01-29
• 公開（公告）號: CN102140823A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 顧亦磊
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: E04B1/19
• 分類號: E04B1/19
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 金家山

技術領域

本發明涉及一種結構設計方法，特別涉及宇航飛行器的桁架式結構設計方法。

背景技術

為了滿足大型衛星安裝載荷的剛度和重量要求，為此，開展了與之相關的桁架設計研究。

雖然大型復雜桁架在很多衛星上已得到應用，但是由于桁架設計的復雜性，目前還停留在設計師憑經驗進行桁架設計。采用傳統設計方法，設計周期長，成本高。為縮短設計周期，提高設計質量，圍繞桁架式結構的優化設計，降低結構重量，提高結構剛度等技術要求，需要一種新穎的桁架式結構的設計方法。

發明內容

為了滿足大型航天飛行器對結構的重量要求和性能要求，達到降低結構重量，提高結構剛度等技術要求，圍繞桁架式結構的優化設計，本發明提供一種新穎的桁架設計方法。技術方案如下：

一種桁架式結構設計方法，使用連續體拓撲優化方法。

所述的連續體拓撲優化方法包括如下步驟：

1)根據結構的外形尺寸，確定結構的拓撲空間；

2)根據結構的實際邊界條件約束對拓撲空間進行約束，之后對拓撲空間分別進行橫向、縱向加載；

3)確定整個結構的體積約束和頻率約束；

4)確定各工況的加權系數。

所述的體積約束為0.06；頻率約束為70Hz，所述的各工況的加權系數均為1。

本發明采用連續體拓撲優化方法進行桁架式結構的設計，優化目標為在多工況作用下結構柔順度最小，約束為結構重量6％，并且頻率滿足基頻要求。采取上述技術方案，可實現桁架的優化設計，節約設計成本，所設計的桁架結構重量小，剛度大，各項指標均滿足設計要求，且均優于傳統產品。

附圖說明

圖1是本發明桁架的拓撲空間示意圖；

圖2是本發明桁架的拓撲示意圖；

圖3是本發明桁架的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖說明本發明的優選實施例。

圖1是本發明桁架的拓撲空間示意圖，根據結構的外形尺寸，確定結構的拓撲空間，拓撲空間中CONM2為載荷點。根據結構的實際邊界條件約束對拓撲空間進行約束，之后對拓撲空間分別進行橫向、縱向加載，考慮整個結構的體積約束為0.06，并考慮整個結構的頻率約束為70Hz，優化目標為結構柔順度最低。優化過程中考慮各工況的加權系數均為1，即認為各工況的作用效果相同，該加權系數可根據實際情況進行修改。

在對圖1模型設置后進行拓撲優化計算，可獲得圖2所示模型。該模型為桁架的拓撲示意圖，反映了在多工況聯合作用下所獲得的最優拓撲形式。

在圖2所示模型的基礎上進行桁架設計，圖3是本發明桁架的示意圖，為最終桁架的設計結果，該桁架的重量，頻率等指標均滿足設計要求。