[發明專利]基于多約束條件下的航天器雙筒并聯結構承載設計方法

有效

• 申請號: 201711285993.1
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN107967393B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 張華;劉漢武;趙啟龍;吳松;洪亞軍;柳征勇;唐平;李東穎
• 申請（專利權）人: 上海宇航系統工程研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F111/04;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

基于多約束條件下的航天器雙筒并聯結構承載設計方法,包括步驟：建立承力筒整體結構的有限元模型；對有限元模型進行靜力學分析，提取內筒、外筒的最大應力；對有限元模型進行動力學分析，通過模態有效因子追蹤承力筒整體結構的縱向、橫向、扭轉的第一階主頻率；以承力筒整體結構重量最小化為目標，將預先設置的應力許可約束條件和頻率約束條件對承力筒整體結構進行優化分析，獲得承力筒的質量；在獲得承力筒質量的基礎上，對承力筒進行載荷分析；對外筒、內筒的承載比例進行分配，實現外筒、內筒的聯合承載。實現資源配置優化，同時，使外筒和內筒的聯合能實現大型有效載荷的聯合承載。

技術領域

本發明涉及航天器技術領域，具體涉及一種基于多約束條件下的航天器雙筒并聯結構承載設計方法。

背景技術

裝載大型有效載荷的航天器結構平臺可滿足某些特殊領域需求，目前還未有相關類似航天器結構平臺可供設計參考，需要根據實際需求，設計一種有效載荷與航天器結構平臺一體化承載的新型雙筒并聯結構方案。

大型有效載荷結構強、剛度好，但體積及質量較大，外形細長，屬于大型載荷系統。傳統航天器設計將有效載荷和平臺結構完全分開，平臺追求系列化和通用化，一種平臺可以承載多種類型的載荷，提高了平臺的利用率，減少了平臺的研制時間和經費，提高了可靠性。但這類設計沒有根據有效載荷實際的承載需求進行優化設計，浪費了寶貴的體積和重量資源，現有的成熟平臺均無法滿足大體積、大質量、大長細比的大型有效載荷承載需求。鑒此，需根據大型有效載荷系統結構承載能力強的特點，采用將其作為航天器主結構的一部分參與承載的技術途徑，能夠實現減小航天器體積，減輕系統重量的目的，通過載荷承載比例分配，使大型有效載荷系統進入空間成為可能。

發明內容

本申請提供一種基于多約束條件下的航天器雙筒并聯結構承載設計方法，雙筒并聯結構的承力筒包括外筒、內筒和支撐結構，外筒和內筒通過的頂部通過上法蘭和螺栓并聯連接，下部通過下法蘭和螺栓并聯連接，支撐結構與外筒下部通過下法蘭和螺栓連接，承力筒聯合承載的設計方法包括步驟：

建立承力筒整體結構的有限元模型；

對有限元模型進行靜力學分析，提取內筒、外筒的最大應力；

對有限元模型進行動力學分析，通過模態有效因子追蹤承力筒整體結構的縱向、橫向、扭轉的第一階主頻率；

以承力筒整體結構重量最小化為目標，將預先設置的應力許可約束條件對內筒、外筒的最大應力進行優化分析，及將預先設置的頻率約束條件對承力筒整體結構的縱向、橫向、扭轉的第一階主頻率進行優化分析，獲得承力筒的質量；

在獲得承力筒質量的基礎上，對承力筒進行載荷分析；

對外筒、內筒的承載比例進行分配，實現外筒、內筒的聯合承載。

一種實施例中，建立承力筒整體結構的有限元模型，包括步驟：

將帶預緊載荷的螺栓法蘭連接簡化為梁-彈簧數學模型；

建立所述外筒、內筒、上法蘭、下法蘭和支撐結構的有限元模型；

通過所述梁-彈簧數學模型按照實際物理結構將外筒、內筒、上法蘭、下法蘭和支撐結構的有限元模型進行連接，以形成承力筒整體結構的有限元模型。

一種實施例中，對有限元模型進行靜力學分析，提取內筒、外筒的最大應力，具體包括：

對承力筒整體結構的有限元模型施加界面載荷和加速度過載載荷；

對界面載荷和加速度過載載荷進行靜力學分析，提取內筒的最大應力和外筒的最大應力。

一種實施例中，以承力筒整體結構重量最小化為目標獲得承力筒的質量的同時，還包括獲得外筒壁厚度設計值和內筒壁厚度設計值的步驟。