[發明專利]一種復雜導彈結構綜合優化設計方法

有效

• 申請號: 201410015454.6
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103823923B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 王曉慧;樊思思
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

技術領域：

本發明涉及一種復雜導彈結構綜合優化設計方法，該優化方法可以快速地完成導彈結構的輕質化設計，屬于航空航天技術領域。

技術背景：

隨著現代高新技術的發展、戰爭的需求、固體發動機的廣泛使用，以及制導設備逐步小型化的發展，導彈技術正向小型化、輕質化、高機動性要求、遠射程、高精度、強突防、大威力、系統化、多用途、低成本和高可靠等方向發展。同時為了滿足導彈攜帶設備的要求，總體設計時要從結構設計的角度來減輕彈體的質量，從而提高導彈性能。從結構設計角度來講，應當在滿足結構強度、剛度的前提下盡可能地減少結構材料或選用新型輕質材料來實現彈體質量的減少。

發明內容：

1.目的：本發明的目的是為了提供一種復雜導彈結構綜合優化設計方法，它可以快速地完成導彈結構的輕質化設計，同時本方法理念也可用于其他結構的優化設計。

2.技術方案：為了實現上述發明的目的，本發明采用以下技術方案：

本發明一種復雜導彈結構綜合優化設計方法。主要包括以下幾個步驟:

步驟一：定義優化問題P1，并提交到優化工具準備進行優化。

其中，優化問題P1的定義主要包括對以下三個模塊的定義：設計變量P11，優化目標P12和約束條件義P13。它們之間的相互關系是：設計變量P11，優化目標P12和約束條件P13是并列的。

設計變量P11是指復雜導彈結構綜合優化設計過程中的各個設計變量，主要包括導彈結構要進行優化設計的各部分尺寸及相對位置，其數學表達式如下：

X={x₁,x₂,x₃…x_n};

其中，X為設計變量組，由若干個變量組成：x_i（i=1…n）的具體物理含義根據不同的導彈結構輕質化設計任務而不同，例如：x₁為導彈艙段連接部分的連接螺栓個數，整型變量；x₂為導彈艙段連接部分的連接螺栓的直徑，整型變量，單位為mm；x₃為導彈艙段薄壁區域的厚度，浮點型變量，單位為mm；x₄為艙段連接區域的厚度，浮點型變量，單位為mm。具體使用時設計變量不限于以上幾種形式。

優化目標P12是復雜導彈結構綜合優化設計的優化目標，也就是導彈結構整體質量最小，其數學表達如下：

Min(W);

W為導彈結構整體質量，單位為kg。如果推廣到其他結構的優化設計也可做不同定義，例如導彈的射程最遠等。

約束條件P13是復雜導彈結構綜合優化設計的約束條件，分別從結構強度和剛度的角度出發，強度滿足結構材料的性能，剛度滿足艙段不發生脫節。分別以結構最大應力小于結構材料的許用應力，艙段間沿軸向的錯位位移小于特定值作為約束。數學表達式如下：

S=(s₁…s_m,dis₁…dis_k)

其中，S為約束條件，由2部分組成：s₁…s_m為強度約束，分別對應導彈各個部分的最大應力小于該部分對應結構材料的許用應力；dis₁…dis_k為剛度約束，對應不同艙段間在連接處沿軸向發生的錯位小于特定值。各約束具體取值與結構材料和承載情況有關。

步驟二：定義結構建模仿真分析方法P2，提交到優化工具，作為優化過程中調用結構分析的準備。

定義結構建模仿真分析方法P2是對設計對象進行結構仿真分析和提取分析結果中優化所需的信息，主要包括對以下6個部分的定義：幾何外形P21，外載條件P22，結構材料P23，單元屬性P24，分析求解P25，結果處理P26。它們之間的相互關系是彼此并列的。

幾何外形P21主要實現對結構外形的仿真，建立導彈幾何結構模型。主要包括：導彈各部分的具體尺寸及彼此間的相對位置。例如：導彈艙段的外徑，單位為m，取值范圍0.6m～1.4m；導彈艙段的長度單位為m，取值范圍0.4m～1.2m；為導彈艙段連接部分的連接螺栓個數，整型變量；導彈艙段連接部分的連接螺栓的直徑為x₂，整型變量，單位為mm；導彈艙段薄壁區域的厚度為x₃，浮點型變量，單位為mm；艙段連接區域的厚度為x₄，浮點型變量，單位為mm。從示例中我們可以看出以上仿真建模過程中會涉及部分尺寸為設計變量，故我們將建模過程中設計變量以如下形式定義：