CN103870634A

CN103870634A - 一种大型结构快速设计优化方法

Info

Publication number: CN103870634A
Application number: CN201410061453.5A
Authority: CN
Inventors: 陈鸣亮; 王金童; 赵学成; 李茂�; 张振涛; 张醒; 李�昊; 吕榕新; 唐杰; 张修科
Original assignee: Shanghai Aerospace System Engineering Institute
Current assignee: Shanghai Aerospace System Engineering Institute
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2014-06-18

Abstract

本发明公开了一种大型结构快速设计优化方法，包括：S1、获取总体基本参数，并根据所获取的总体基本参数确定结构构型；S2、获取荷载条件，根据最严酷的工况，计算得到大型结构的等效轴压载荷；S3、利用解析法优化设计算法对结构构型进行优化，包括：根据等效轴压载荷设定初始条件，通过公式选取重量、强度剩余系数或刚度为判据，对结构构型进行迭代优化，得到多组优化参数；S4、选取合适的优化参数建立用于强度有限元分析的线框模型及用于主结构建模的骨架模型；S5、根据线框模型和骨架模型进行三维数字样机建模。

Description

一种大型结构快速设计优化方法

技术领域

本发明涉及建模技术领域，特别涉及一种大型结构快速设计优化方法。

背景技术

在航天领域结构建模现有技术中，常用的方式是首先进行各个零部件设计，完成零部件设计后再进行总的装配协调工作。这种建模方法优点是各个模型独立，机器配置要求低，人员设计能力要求低，缺点是设计过程中缺乏总体观念，建模不规范，外部条件变化时修改工作量大。在对设计规范化、精细化、快速化要求严苛的航天领域，这种设计方法的应用有一定的局限性。

在运载火箭结构系统中，具有独立功能及要求的舱段近20多个，若采用传统的建模设计方法，建模周期长，修改困难，并且各舱段建模不规范，结构匹配性差，严重影响工作效率。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种大型结构快速设计优化方法。本发明通过以下技术方案实现：

一种大型结构快速设计优化方法，包括步骤：

S1、获取总体基本参数，并根据所获取的总体基本参数确定结构构型；

S2、获取荷载条件，根据最严酷的工况，计算得到大型结构的等效轴压载荷；

S3、利用解析法优化设计算法对结构构型进行优化，包括：根据等效轴压载荷设定初始条件，通过公式选取重量、强度剩余系数或刚度为判据，对结构构型进行迭代优化，得到多组优化参数；

S4、选取合适的优化参数建立用于强度有限元分析的线框模型及用于主结构建模的骨架模型；

S5、根据线框模型和骨架模型进行三维数字样机建模。

较佳的，步骤S3中的公式包括解析法公式和经验公式。

较佳的，步骤S4具体包括：

S41、对线框模型进行有限元强度分析；

S42、根据有限元强度分析的结果，在骨架模型的基础上进行三维数字样机建模。

较佳的，步骤S3中的对结构构型进行迭代优化包括：调用基础数据库中的数据对结构构型进行迭代优化；

基础数据库中存储有：优化参数数据、三维数字样机数据、有限元分析数据、材料属性数据、标准零件数据以及设计过程参数。

通过本发明，固化结构经典解析计算方法和经验公式，采用迭代计算的方法在设计初期就能开展设计优化工作，结构主参数自动计算优化，从而大大提高结构设计的效率。

附图说明

图1所示的是本发明的流程图；

图2所示的是本发明第一实施例的铆接舱体初步快速设计优化模块流程图；

图3所示的是本发明第二实施例的贮箱结构初步快速设计优化模块流程图。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

参见图1，本发明的大型结构快速设计优化方法主要步骤包括：

S5、根据线框模型和骨架模型进行三维数字样机建模。

参见图2，本发明一较佳实施例中，铆接结构快速设计优化流程包括舱段总体定义、载荷计算和舱段布局计算等三部分。

舱段总体定义主要是输入总体专业对舱体的外形尺寸、开口要求以及舱体之间的对接要求等，设计师根据总体开口布局等输入，确定舱体构型。载荷计算主要是对载荷专业提供的舱体的各截面载荷进行计算，输入载荷专业提供的舱体的各截面载荷，之后进行计算，取最严酷工况，得到舱体的等效轴压载荷。根据载荷及总体开口情况确定舱体结构布局（如框距等），设定设计初始条件（如重量、强度剩余系数、刚度判据等）。舱段布局计算为本方法的核心模块，主要利用了解析法优化设计算法计算了舱体的总体及局部稳定性，并校核了中间框的刚度。选择桁条类型，通过理论公式集成模块计算舱体承载能力，以设定好的判据进行判断，设计优化结构参数。优化迭代完成后，得到多组满足总体要求及优化要求的结构参数，完成铆接结构快速设计优化。设计师能够根据优化结果选取合适的最终参数，直接用于三维模型的建立。

参见图3，本发明另一较佳实施例中，贮箱结构快速设计优化流程包括短壳设计优化、箱底设计优化和筒段设计优化等三部分。

所述短壳设计优化主要由载荷设计、参数优化设计和端框设计等3部分组成。其中参数优化设计为核心模块，主要利用了解析法优化设计算法开展短壳主要参数的优化，设计师能够根据优化结果选取合适的最终参数，直接用于三维模型的建立。

所述箱底设计优化主要由载荷设计、箱底参数计算、顶盖设计、圆环设计、叉形环设计和法兰设计等6个模块组成。箱底的计算没有短壳设计复杂，因此参数计算较为简单。箱底设计的重点在于箱底开口的设计和布局。在该模块会自动调用贮箱总体设计时的开口布局，设计师定义好开口类型以及法兰类型之后可以直接建立较为完整的三维数字样机。

所述筒段设计优化与短壳优化设计类似，主要由载荷设计、参数优化设计和筒段壁板设计等组成。其中参数优化设计为核心模块，主要利用了解析法优化设计算法开展筒段主要参数的优化，设计师能够根据优化结果选取合适的最终参数，直接用于三维模型的建立。

根据总体开口布局等输入，设计师确定贮箱结构构型（含贮箱焊缝布置）。载荷处理，设定设计初始条件（如重量、强度剩余系数、刚度判据、载荷条件等）。通过理论公式，以设定好的判据进行判断，设计优化各部段结构参数。优化迭代完成得到多组满足总体要求及优化要求的结构参数，完成贮箱结构快速设计优化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种大型结构快速设计优化方法，其特征在于，包括步骤：

S2、获取荷载条件，根据最严酷的工况，计算得到所述大型结构的等效轴压载荷；

S3、利用解析法优化设计算法对所述结构构型进行优化，包括：根据所述等效轴压载荷设定初始条件，通过公式选取重量、强度剩余系数或刚度为判据，对结构构型进行迭代优化，得到多组优化参数；

S5、根据所述线框模型和所述骨架模型进行三维数字样机建模。

2.根据权利要求1所述的大型结构快速设计优化方法，其特征在于，步骤S3中的所述公式包括解析法公式和经验公式。

3.根据权利要求1所述的大型结构快速设计优化方法，其特征在于，步骤S4具体包括：

S41、对线框模型进行有限元强度分析；

4.根据权利要求3所述的大型结构快速设计优化方法，其特征在于，步骤S3中的所述对结构构型进行迭代优化包括：调用基础数据库中的数据对结构构型进行迭代优化；

所述基础数据库中存储有：优化参数数据、三维数字机样数据、有限元分析数据、材料属性数据、标准零件数据以及设计过程参数。