[發明專利]考慮修正因子的多步驟結構優化設計方法及飛行器

有效

• 申請號: 201810900368.1
• 申請日: 2018-08-09
• 公開（公告）號: CN109299499B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 時光輝;全棟梁;關成啟;吳東濤;李晶;王慶偉;王晶;羅俊航;宋鋒
• 申請（專利權）人: 北京空天技術研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種考慮修正因子的多步驟結構優化設計方法，其特征在于，所述多步驟結構優化設計方法包括：

步驟一，根據飛行器的結構功能需求及性能要求，確定飛行器的結構設計指標需求及設計空間；

步驟二，基于飛行器的結構設計指標需求及設計空間，確定飛行器的優化設計目標和約束指標，根據所述飛行器的優化設計目標和約束指標以建立拓撲優化求解方程；

步驟三，在所述步驟二中的拓撲優化求解方程的基礎上，向所述約束指標施加修正系數，根據修正后的所述約束指標建立考慮修正因子的拓撲優化求解方程；

步驟四，在所述步驟三中的考慮修正因子的拓撲優化求解方程的基礎上對飛行器開展結構拓撲優化以獲得拓撲優化結果，在所獲得的拓撲優化結果的基礎上施加設定的密度閾值以輸出用于模型重構的拓撲優化構型參考結果；

步驟五，根據所述拓撲優化構型參考結果對飛行器進行拓撲優化重構以獲得飛行器的幾何模型，在所述飛行器的幾何模型的基礎上建立飛行器的參數優化模型；

步驟六，在所述飛行器的參數優化模型的基礎上，根據所述飛行器的優化設計目標以及不考慮修正因子的指標作為約束指標以建立參數優化求解方程；

步驟七，根據所述參數優化求解方程對飛行器進行參數優化，以形成用于指導飛行器結構設計的結構參數結果；在所述步驟一中，所述飛行器的結構功能需求包括結構防熱、設備安裝和燃油裝載，所述飛行器的性能要求包括結構質量、最大變形和頻率，所述飛行器的結構設計指標需求包括飛行器的結構質量小于或等于a、控制點的最大位移小于或等于b以及結構基頻大于或等于c，所述設計空間包括所述飛行器的氣動外形空間中除防熱層厚度區域、非承載邊條、設備安裝空間、燃油裝載空間和發動機安裝空間以外的空間；所述步驟二具體包括：基于飛行器的結構設計指標需求及設計空間，以所述飛行器的各個單元的密度x_i作為拓撲優化變量，所述飛行器的結構質量m、控制點最大位移u和結構基頻作為約束指標，所述飛行器在多個工況下的加權應變能C作為優化設計目標，根據所述飛行器的優化設計目標和約束指標以建立飛行器拓撲優化求解方程，所述拓撲優化求解方程為其中，W_i為多個工況下的權重系數，E為材料模量，ε_i(u)為第i個單元對應的單元應變，V為結構體積，K(x)為剛度矩陣；所述步驟五具體包括：根據所述拓撲優化構型參考結果對飛行器進行拓撲優化重構以獲得飛行器的三維幾何模型，對所述飛行器的三維幾何模型進行簡化以將所述三維幾何模型轉化為由二維殼單元和梁單元組成的參數優化模型；所述步驟六具體包括：在所述飛行器的參數優化模型的基礎上，以各個需要優化的結構參數y_i作為設計變量，所述飛行器的結構質量m、控制點最大位移u和結構基頻w₁作為約束指標，所述飛行器在多個工況下的加權應變能C作為優化設計目標，根據所述飛行器的優化設計目標和約束指標以建立參數優化求解方程，所述參數優化求解方程為所述需要優化的結構參數包括殼單元厚度和梁單元截面參數。

2.根據權利要求1所述的考慮修正因子的多步驟結構優化設計方法，其特征在于，所述飛行器的多個工況包括地面支撐、吊掛、運輸和飛行。

3.根據權利要求1所述的考慮修正因子的多步驟結構優化設計方法，其特征在于，所述修正系數γ的取值范圍為1.1至1.2，考慮修正因子的拓撲優化求解方程為

4.根據權利要求1至3中任一項所述的考慮修正因子的多步驟結構優化設計方法，其特征在于，所述設定的密度閾值范圍為0.3至1。

5.一種飛行器，其特征在于，所述飛行器采用如權利要求1至3中任一項所述的考慮修正因子的多步驟結構優化設計方法進行結構設計。