[發明專利]用于連接燃料儲箱的復合材料X型支架結構優化設計方法及系統

有效

• 申請號: 201910923089.1
• 申請日: 2019-09-27
• 公開（公告）號: CN110727998B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 王浩;劉意;鞠蘇;江大志
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

1.一種用于連接燃料儲箱的復合材料X型支架結構優化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：基于復合材料X型支架的結構特征，提取復合材料X型支架的設計參數，根據結構特征和設計參數建立復合材料X型支架結構的參數化幾何模型；

S2：基于S1獲得的結構特征及設計參數，建立含燃料儲箱和復合材料X型支架的有限元模型；基于所述有限元模型分析獲得復合材料X型支架受燃料儲箱變形影響長臂接頭段相對短臂接頭段沿燃料儲箱徑向的相對變形量；基于所述相對變形量及安全系數，確定復合材料X型支架結構優化設計的接頭段位移邊界條件；

S3：基于S1獲得的參數化幾何模型，建立復合材料X型支架的有限元模型，利用實驗設計方法來確定S1獲得的各個設計參數對約束響應的影響程度，從而對設計參數進行篩選，獲得所需的優化設計變量；

S4：基于S1～S3獲得的參數化幾何模型、位移邊界條件和優化設計變量，以重量最輕為目標建立復合材料X型支架優化設計模型，利用響應面法對復合材料X型支架的優化設計變量進行優化，從而獲得滿足約束條件的復合材料X型支架優化設計參數；

S5：對S4獲得的優化設計參數進行校核分析，當利用優化設計參數構建的復合材料X型支架結構滿足強度設計要求時，輸出S4的設計結果。

2.如權利要求1所述的一種用于燃料儲箱連接的復合材料X型支架結構優化設計方法，其特征在于，所述S1具體為：

S11：根據復合材料X型支架的結構特征，將所述復合材料X型支架分解為四個部分：接頭段、過渡段、等直段和交叉段；

S12：根據所述接頭段、過渡段、等直段和交叉段的結構特征，分別提取設計參數；

S13：基于S12獲得的設計參數建立復合材料X型支架的參數化幾何模型。

3.如權利要求2所述的一種用于燃料儲箱連接的復合材料X型支架結構優化設計方法，其特征在于，所述設計參數主要包括：

接頭段設計參數，包括增強件厚度T_m；

過渡段設計參數，包括過渡段軸線長度K；

等直段設計參數，包括凸起寬度J、凸起高度P、帽形殼體厚度T₁和中間層厚度T₀；

交叉段設計參數，包括圓角直徑D₅、D₆、D₇和D₈。

4.如權利要求1所述的一種用于燃料儲箱連接的復合材料X型支架結構優化設計方法，其特征在于，所述S3具體為：

S31：基于S1獲得的參數化幾何模型，建立復合材料X型支架的有限元模型；將所述有限元模型中復合材料屬性簡化為面內各向同性的材料屬性；

S32：利用實驗設計方法得到S1獲得的各個設計參數對所有約束響應的帕累托圖，依據各個帕累托圖中的設計參數的排序篩選出對約束響應影響最為顯著的設計參數作為優化設計變量。

5.如權利要求4所述的一種用于燃料儲箱連接的復合材料X型支架結構優化設計方法，其特征在于，所述有限元模型的主要邊界條件包括：

復合材料X型支架左、右對稱約束；

短臂接頭段，對所有用于與燃料儲箱端框連接的螺栓孔施加6個自由度的全約束；對短臂接頭段近燃料儲箱側施加沿燃料儲箱徑向的位移約束；

長臂接頭段，壓縮工況下施加S2獲得的位移邊界條件，拉伸工況下對長臂接頭段近燃料儲箱側施加沿燃料儲箱徑向的位移約束；在所有螺栓孔中心進行加載。

6.如權利要求5所述的一種用于燃料儲箱連接的復合材料X型支架結構優化設計方法，其特征在于，所述加載方式如下：

在每個螺栓孔中心沿燃料儲箱軸向加載；

7.如權利要求4所述的一種用于燃料儲箱連接的復合材料X型支架結構優化設計方法，其特征在于，所述約束響應包括：質量、拉伸工況下復合材料最大Mises應變、復合材料強度失效因子、鈦合金最大Mises應力、膠層最大剪切應力和壓縮工況下復合材料X型支架結構的一階屈曲模態特征值。