[發(fā)明專利]偏置載荷助推受力均勻的一二級連接部段結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810936623.8
• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN109325256B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史立濤;高進(jìn)城;顧鋮璋;王瑞鳳;呂榕新;盛英華;顧遠(yuǎn)之;陳鳴亮;亢戰(zhàn)
• 申請（專利權(quán)）人: 上海宇航系統(tǒng)工程研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 王海濤

本發(fā)明的偏置載荷助推受力均勻的一二級連接部段結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，首先采用實體單元對結(jié)構(gòu)包絡(luò)內(nèi)能優(yōu)化設(shè)計區(qū)域全填充，得到結(jié)構(gòu)的基本傳力路徑，然后結(jié)合實體模型優(yōu)化結(jié)果的材料分布特點和制造工藝以及安裝間距等要求建立殼模型拓?fù)鋬?yōu)化的初始模型，在對殼模型的優(yōu)化過程中施加助推受力均勻的約束；之后參考?xì)つＰ偷膬?yōu)化結(jié)果建立框桁結(jié)構(gòu)模型并進(jìn)行進(jìn)一步的尺寸優(yōu)化；之后根據(jù)尺寸優(yōu)化的結(jié)果以及制造工藝等要求建立加筋殼模型，并進(jìn)行進(jìn)一步的尺寸優(yōu)化，最終對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行其它工況的分析，確定結(jié)構(gòu)仿真分析結(jié)果能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及捆綁運載火箭一二級連接部段結(jié)構(gòu)設(shè)計，具體涉及一種偏置載荷助推受力均勻的一二級連接部段結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

背景技術(shù)

助推器作為提高火箭運載能力的重要手段之一，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代運載火箭中。因助推器與芯級存在捆綁，必然存在承受偏置載荷的結(jié)構(gòu)。如果頭錐的結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠優(yōu)化，偏置載荷的作用將會傳遞到助推器，導(dǎo)致助推器的內(nèi)外側(cè)受力不均，對助推器的模塊化設(shè)計造成不便。因此需要對一二級連接部段進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

現(xiàn)階段一二級連接部段結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法通常是先根據(jù)載荷、強度及剛度要求，采用工程算法直接確定結(jié)構(gòu)構(gòu)型、尺寸，最后再進(jìn)行仿真分析，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整設(shè)計參數(shù)，實現(xiàn)迭代優(yōu)化。這種設(shè)計流程對于艙段傳力較為均勻的火箭結(jié)構(gòu)實施效果較好，但對于偏置載荷作用下的結(jié)構(gòu)艙體則無法達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種偏置載荷助推受力均勻的一二級連接部段結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，用于得到在偏置載荷作用下也能使助推保持受力均勻的一二級連接部段結(jié)構(gòu)。

為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種偏置載荷助推受力均勻的一二級連接部段結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，包括：1)根據(jù)輸入條件，確定一二級連接部段結(jié)構(gòu)內(nèi)外包絡(luò)和工況；2)確定結(jié)構(gòu)包絡(luò)中能優(yōu)化設(shè)計區(qū)域，對該優(yōu)化設(shè)計區(qū)域采用實體單元填充，得到實體模型，應(yīng)用變密度優(yōu)化方法進(jìn)行實體模型的最大剛度拓?fù)鋬?yōu)化；3)根據(jù)實體模型拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果確定結(jié)構(gòu)的基本傳力路徑，參考實體模型拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的材料分布特點抽象出殼模型；4)先對殼模型中優(yōu)化設(shè)計區(qū)域采用殼單元填充，再應(yīng)用變密度優(yōu)化方法進(jìn)行殼模型的最大剛度拓?fù)鋬?yōu)化，優(yōu)化中考慮施加助推受力均勻的約束；5)根據(jù)殼模型拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果確定結(jié)構(gòu)的細(xì)致傳力路徑，參考?xì)つＰ屯負(fù)鋬?yōu)化結(jié)果的材料分布特點抽象出框桁結(jié)構(gòu)；6)對框桁結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化，得到框桁結(jié)構(gòu)最優(yōu)尺寸模型，優(yōu)化中施加助推受力均勻的約束和位移約束；7)在框桁結(jié)構(gòu)最優(yōu)尺寸模型基礎(chǔ)上，根據(jù)工藝和制造工裝設(shè)備要求，結(jié)合工程算法和結(jié)構(gòu)仿真，確定結(jié)構(gòu)框間距，建立加筋殼模型；8)對加筋殼模型進(jìn)行尺寸優(yōu)化，得到優(yōu)化的一二級連接部段結(jié)構(gòu)模型，優(yōu)化中施加助推受力均勻的約束和位移約束。

上述偏置載荷助推受力均勻的一二級連接部段結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其中，所述步驟2)中，若實體模型拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的材料分布特點不明顯，則調(diào)整優(yōu)化模型，重復(fù)步驟2)，直至得到的實體模型拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的材料分布特點明顯。

上述偏置載荷助推受力均勻的一二級連接部段結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其中，所述步驟3)還包括根據(jù)結(jié)構(gòu)的分離方案及安裝間距要求調(diào)整抽象出的殼模型。

上述偏置載荷助推受力均勻的一二級連接部段結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其中，所述步驟4)中，若殼模型拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的材料分布特點不明顯，則調(diào)整優(yōu)化模型，重復(fù)步驟4)，直至得到的殼模型拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的材料分布特點明顯。

上述偏置載荷助推受力均勻的一二級連接部段結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其中，殼模型拓?fù)鋬?yōu)化中，芯級與頭錐間連接結(jié)構(gòu)只保留橫向連接，不傳遞軸向力。

上述偏置載荷助推受力均勻的一二級連接部段結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其中，所述步驟6)和步驟8)中，尺寸優(yōu)化目標(biāo)是模型重量最小化。

上述偏置載荷助推受力均勻的一二級連接部段結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其中，所述步驟4)、步驟6)和步驟8)中，通過將貯箱前端面一圈單元的Mises應(yīng)力在合理偏差范圍內(nèi)，實現(xiàn)助推受力均勻的設(shè)計要求。