[發明專利]一種基于拓撲優化的類“龜甲型”拼裝艙門結構

在審

• 申請號: 202011069656.0
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112182768A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 閻軍;王寧;許琦;夏祥東;王波;吳永勝;郝寶新;范志瑞;孫維;蔣存存;劉志輝
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/23;G06F111/04;G06F111/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 王洪生;李洪福

1.一種基于拓撲優化的類“龜甲型”拼裝艙門結構，包括：結構相同且呈對稱分布的左半艙門和右半艙門，所述左半艙門和所述右半艙門之間通過連接件連接，其特征在于，所述左半艙門呈半圓餅狀結構，水平方向上，所述左半艙門的一側為直邊側，另一側為半圓側，所述左半艙門表面靠近直邊側設有拼接大梁；所述左半艙門表面設有艙門門筋；所述艙門門筋包括：大環筋、小環筋、中心放射筋和高度漸變縱筋，所述大環筋和所述小環筋是以拼接大梁為起點的橢圓形環筋，所述小環筋連接于所述大環筋的內部，所述中心放射筋為2條，所述中心放射筋以艙門圓心的兩側為起點成一定角度向兩邊布筋，所述高度漸變縱筋分布在所述大環筋外側；所述高度漸變縱筋包括：高度漸變縱筋Ⅰ、高度漸變縱筋Ⅱ和高度漸變縱筋Ⅲ，所述高度漸變縱筋Ⅰ過遠離自身的所述中心放射筋和所述拼接大梁的交點，所述高度漸變縱筋Ⅱ設置于兩個所述中心放射筋的中間，所述高度漸變縱筋Ⅲ與所述高度漸變縱筋Ⅰ對稱。

2.根據權利要求1所述的一種基于拓撲優化的類“龜甲型”拼裝艙門結構，其特征在于，所述中心放射筋與所述拼接大梁之間呈70°。

3.根據權利要求1所述的一種基于拓撲優化的類“龜甲型”拼裝艙門結構，其特征在于，所述小環筋弧頂最高點經過所述大環筋的長焦點。

4.根據權利要求1所述的一種基于拓撲優化的類“龜甲型”拼裝艙門結構，其特征在于，所述左半艙門圓弧側設有外緣凸臺，所述拼接大梁高于所述外緣凸臺，所述大環筋和所述大環筋內側的門筋與所述拼接大梁等高，所述大環筋外的門筋由所述大環筋處開始設有斜坡，所述斜坡的角度為1°～5°。

5.根據權利要求1所述的一種基于拓撲優化的類“龜甲型”拼裝艙門結構，其特征在于，所述拼接大梁與所述外緣凸臺之間設有一組倒角，所述一組倒角包括倒角Ⅰ、倒角Ⅱ和倒角Ⅲ，所述大環筋、所述小環筋、所述中心放射筋和所述高度漸變縱筋之間的相交處均設置倒圓角。

6.一種權利要求1-5中任意一項權利要求所述的一種基于拓撲優化的類“龜甲型”拼裝艙門結構的設計方法，其特征在于該設計方法包括以下步驟：

(1)根據拼接艙門設計要求，選取初始設計的結構參數和可設計區域，所述初始設計是指選取沒有門筋的艙門結構作為基礎，所述可設計區域為除艙門承壓面、中軸面艙門拼接部位以及艙門的外環面的區域；

(2)對初始設計進行有限元網格劃分和材料分析，得到艙門結構內部在大氣壓強工況下的載荷情況和邊界條件，設計變量為設計域中每個單元的相對密度，約束條件為材料用量體分比小于等于0.1，以最小化結構柔順性為優化目標；

(3)根據制造工藝的要求引入制造性約束，即拔模約束，對步驟(2)中所述的優化目標及所述艙門結構在大氣壓強工況下進行拓撲優化，得出加筋結構的初始拓撲優化構型；

(4)略去所述初始拓撲優化構型中不必要的結構細小特征，所述細小特征為沒有完整傳力路徑的肋板，根據工藝性要求、強度位移要求，并依照拓撲優化結果，選擇合理的傳力路徑，得到拓撲優化構型；

(5)根據拼接艙門設計要求，對所述拓撲優化構型的密封性、強度、螺釘反力進行校核，根據校核結果，對加筋結構進行調整，獲得具有良好結構性能的拼接艙門。