CN112231863A

CN112231863A - 太阳翼电池阵基板建模方法、装置、设备及存储介质

Info

Publication number: CN112231863A
Application number: CN202011240137.6A
Authority: CN
Inventors: 李钦儒
Original assignee: Chongqing Kaichuang Satellite Technology Co Ltd
Current assignee: Chongqing Kaichuang Satellite Technology Co Ltd
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2021-01-15
Anticipated expiration: 2040-11-09
Also published as: CN112231863B

Abstract

本发明公开了一种太阳翼电池阵基板建模方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：S1：获取太阳翼电池阵基板的设计参数；S2：根据设计参数分别构建夹层板模型和连接件模型，根据夹层板模型和连接件模型构建目标太阳翼电池阵基板模型；S3：获取夹层板的材料参数，将材料参数输入夹层板模型中，得到夹层板目标设计参数；S4：获取连接件的样本参数，将样本参数和夹层板目标设计参数输入目标太阳翼电池阵基板模型中，得到连接件设计参数；S5：重复步骤S4，获得多组不同的连接件设计参数，并确定连接件目标设计参数，根据夹层板目标设计参数和连接件目标设计参数获得最优设计参数。通过上述方式，本发明能够提高仿真分析结果的准确率和计算效率。

Description

太阳翼电池阵基板建模方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及航天飞行器技术领域，特别是涉及一种太阳翼电池阵基板建模方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

太阳翼电池阵基板是卫星能源系统的关键部件之一，要求其具有一定的强度和足够的刚度，保证在收拢状态下基频不与星体固有频率相耦合，在展开状态下基频必须避免与卫星姿态控制系统相互干扰。

卫星结构质量的增加会导致发射成本增加，因此，卫星结构轻量化设计也是当前急需解决的热点和难点问题。太阳翼电池阵基板质量在卫星整体结构中占有很大比重，因此，对太阳翼电池阵基板进行质量最小优化设计非常重要。

在对太阳翼电池阵基板进行设计的过程中，如何定义太阳翼电池阵基板的各类参数是一个十分关键的问题。太阳翼电池阵基板的各类参数很多，现有技术是通过对各类设计参数下的每一种型号进行有限元仿真并比较各种方案，浪费了设计人员的大量时间。

目前卫星上所用的太阳翼电池阵基板由碳纤维/环氧面板与铝蜂窝通过胶结成型工艺复合成一体结构。传统的碳纤维复合材料夹层板建模中，一般采用等效方法进行，通过仿真计算得到的数据和试验数据误差较大，不能真实模拟复合材料夹层板的力学特性；另一方面复合材料夹层板的理论计算非常复杂，并不能满足工程设计的需要。

发明内容

本发明提供一种太阳翼电池阵基板建模方法、装置、设备及存储介质，能够提高仿真分析结果的准确率，减少计算时间，加快设计周期。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种太阳翼电池阵基板建模方法，所述太阳翼电池阵基板包括：夹层板和与所述夹层板连接的连接件，所述建模方法包括：

S1：获取所述太阳翼电池阵基板的设计参数；

S2：根据所述设计参数分别构建夹层板模型和连接件模型，根据所述夹层板模型和所述连接件模型构建目标太阳翼电池阵基板模型；

S3：获取所述夹层板的材料参数，将所述材料参数输入所述夹层板模型中进行模态分析，得到满足预设基频阈值条件和所述夹层板质量最小的原则的夹层板目标设计参数；

S4：获取所述连接件的样本参数，将所述样本参数和所述夹层板目标设计参数输入所述目标太阳翼电池阵基板模型中进行模态分析，根据所述预设基频阈值和所述太阳翼电池阵基板质量最小的原则得到连接件设计参数；

S5：重复执行步骤S4，获得多组不同的所述连接件设计参数，根据所述预设基频阈值和所述太阳翼电池阵基板质量最小的原则确定连接件目标设计参数，根据所述夹层板目标设计参数和所述连接件目标设计参数获得所述太阳翼电池阵基板的最优设计参数。

根据本发明的一个实施例，根据所述设计参数分别构建夹层板模型和连接件模型，根据所述夹层板模型和所述连接件模型构建目标太阳翼电池阵基板模型还包括：

根据所述设计参数分别构建夹层板模型和连接件模型，将所述夹层板模型和所述连接件模型进行装配，得到初始太阳翼电池阵基板模型；

对所述初始太阳翼电池阵基板模型进行离散处理，得到多个离散单元，将相邻两个所述离散单元进行耦合处理，得到所述目标太阳翼电池阵基板模型。

根据本发明的一个实施例，对所述初始太阳翼电池阵基板模型进行离散处理，得到多个离散单元，将相邻两个所述离散单元进行耦合处理，得到所述目标太阳翼电池阵基板模型还包括：

对所述初始太阳翼电池阵基板模型进行网格划分，将所述夹层板模型划分为多个第一离散单元，以及将所述连接件模型划分为多个第二离散单元；

根据材料属性信息确定所述第一离散单元的尺寸以及所述第二离散单元的尺寸；

在所述夹层板与所述连接件的连接处，将相邻的所述第一离散单元与所述第二离散单元进行耦合处理，得到所述目标太阳翼电池阵基板模型。

根据本发明的一个实施例，获取夹层板的材料参数，将所述材料参数输入所述夹层板模型中进行模态分析，得到满足预设基频阈值条件和所述夹层板质量最小的原则的夹层板目标设计参数还包括：

将所述夹层板的材料参数作为优化设计变量输入所述夹层板模型中，输出对应的基频值，将所满足所述预设基频阈值条件的所述基频值在作为优化目标变量，建立所述基频值与所述夹层板的材料参数之间的关系曲线；

根据所述关系曲线，获得满足所述预设基频阈值条件和所述夹层板质量最小的原则的夹层板目标设计参数。

根据本发明的一个实施例，所述夹层板由铝蜂窝和碳纤维面板组成，所述设计参数包括铝蜂窝厚度、碳纤维面板厚度以及连接件的尺寸。

根据本发明的一个实施例，根据所述设计参数分别构建夹层板模型和连接件模型还包括：

根据所述设计参数构建第一参数化模型；

根据所述第一参数化模型、所述铝蜂窝厚度以及所述碳纤维面板厚度确定所述夹层板模型中所述碳纤维面板厚度信息、所述铝蜂窝厚度信息、铺层顺序信息以及铺层方向信息；

根据所述碳纤维面板厚度信息、所述铝蜂窝厚度信息、所述铺层顺序信息以及所述铺层方向信息，通过建模工具构建所述夹层板模型。

根据本发明的一个实施例，所述连接件包括横梁和竖梁，所述连接件的尺寸包括：横梁截面尺寸和竖梁截面尺寸，根据所述设计参数分别构建夹层板模型和连接件模型还包括：

根据所述设计参数构建第二参数化模型；

根据所述第二参数化模型、所述横梁截面尺寸和所述竖梁截面尺寸确定所述连接件模型中所述横梁截面尺寸信息和所述竖梁截面尺寸信息；

根据所述横梁截面尺寸信息和所述竖梁截面尺寸信息，通过建模工具构建所述连接件模型。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种太阳翼电池阵基板建模装置，包括：

参数获取模块，用于获取所述太阳翼电池阵基板的设计参数；

模型构建模块，用于根据所述设计参数分别构建夹层板模型和连接件模型，根据所述夹层板模型和所述连接件模型构建目标太阳翼电池阵基板模型；

第一确定模块，用于获取所述夹层板的材料参数，将所述材料参数输入所述夹层板模型中进行模态分析，得到满足预设基频阈值条件和所述夹层板质量最小的原则的夹层板目标设计参数；

第二确定模块，用于获取所述连接件的样本参数，将所述样本参数和所述夹层板目标设计参数输入所述目标太阳翼电池阵基板模型中进行模态分析，根据所述预设基频阈值和所述太阳翼电池阵基板质量最小的原则得到连接件设计参数；

循环及确定模块，用于重复所述第二确定模块执行的步骤，获得多组不同的所述连接件设计参数，根据所述预设基频阈值和所述太阳翼电池阵基板质量最小的原则确定连接件目标设计参数，根据所述夹层板目标设计参数和所述连接件目标设计参数获得所述太阳翼电池阵基板的最优设计参数。

为解决上述技术问题，本发明采用的再一个技术方案是：提供一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的太阳翼电池阵基板建模方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的再一个技术方案是：提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述太阳翼电池阵基板建模方法。

本发明的有益效果是：通过参数化建模以及通过预设基频阈值条件和太阳翼电池阵基板质量最小的原则寻找太阳翼电池阵基板的最优设计参数，实现了目标驱动优化，直接找到最优设计参数。与传统的将仿真解和目标解进行对比，不断重复计算直至仿真解接近目标解的方案相比，本发明每次改变几何参数时不需要重新建模，在初始建立的模型下，进行迭代计算，通过目标驱动优化，直接获得最优设计参数，能够提高仿真分析结果的准确率，减少计算时间，加快设计周期。

附图说明

图1是本发明实施例的太阳翼电池阵基板建模方法的流程示意图；

图2是本发明第一实施例太阳翼电池阵基板的结构示意图；

图3是本发明实施例的太阳翼电池阵基板建模方法中步骤S2的流程示意图；

图4是本发明第二实施例的太阳翼电池阵基板的结构示意图；

图5是本发明实施例的太阳翼电池阵基板建模装置的结构示意图；

图6是本发明实施例的计算机设备的结构示意图；

图7是本发明实施例的计算机存储介质的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

图1是本发明实施例的太阳翼电池阵基板建模方法的流程示意图。需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法并不以图1所示的流程顺序为限。如图1所示，该方法包括步骤：

步骤S1：获取太阳翼电池阵基板的设计参数。

在步骤S1中，如图2所示，太阳翼电池阵基板100包括：夹层板10和与夹层板10连接的连接件20。进一步地，夹层板10由碳纤维/环氧面板与铝蜂窝组成，本实施例的夹层板10由铝蜂窝和碳纤维面板组成，设计参数包括铝蜂窝厚度、碳纤维面板厚度以及连接件20的尺寸，其中，连接件20为矩形管，连接件20包括横梁和竖梁，连接件20的尺寸包括：横梁截面尺寸和竖梁截面尺寸，进一步地，横梁截面尺寸包括长度、宽度和壁厚，竖梁截面尺寸包括长度、宽度和壁厚。

步骤S2：根据设计参数分别构建夹层板模型和连接件模型，根据夹层板模型和连接件模型构建目标太阳翼电池阵基板模型。

在步骤S2中，构建夹层板模型和构建连接件模型不分先后顺序，

夹层板模型的构建过程具体如下，首先根据设计参数构建第一参数化模型；然后根据第一参数化模型、铝蜂窝厚度以及碳纤维面板厚度确定夹层板模型中碳纤维面板厚度信息、铝蜂窝厚度信息、铺层顺序信息以及铺层方向信息；再根据碳纤维面板厚度信息、铝蜂窝厚度信息、铺层顺序信息以及铺层方向信息，通过建模工具构建夹层板模型。本实施例的设计参数指的是夹层板的相关参数，如铝蜂窝厚度、碳纤维面板厚度。建模工具采用ANSYS软件。

连接件模型的构建过程具体如下，首先根据设计参数构建第二参数化模型；然后根据第二参数化模型、横梁截面尺寸和竖梁截面尺寸确定连接件模型中横梁截面尺寸信息和竖梁截面尺寸信息；再根据横梁截面尺寸信息和竖梁截面尺寸信息，通过建模工具构建连接件模型。本实施例的设计参数指的是连接件的相关参数，如横梁截面尺寸和竖梁截面尺寸。建模工具采用ANSYS软件。

进一步地，请参见图3，步骤S2还包括以下步骤：

步骤S201：根据设计参数分别构建夹层板模型和连接件模型，将夹层板模型和连接件模型进行装配，得到初始太阳翼电池阵基板模型。

步骤S202：对初始太阳翼电池阵基板模型进行离散处理，得到多个离散单元，将相邻两个离散单元进行耦合处理，得到目标太阳翼电池阵基板模型。

在步骤S202中，夹层板与连接件之间通过螺栓连接，在仿真过程中，在连接处把对应的单元耦合在一起。具体地，对初始太阳翼电池阵基板模型进行网格划分，将夹层板模型划分为多个第一离散单元，以及将连接件模型划分为多个第二离散单元；根据材料属性信息确定第一离散单元的尺寸以及第二离散单元的尺寸；在夹层板与连接件的连接处，将相邻的第一离散单元与第二离散单元进行耦合处理，得到目标太阳翼电池阵基板模型。

本实施例的材料属性信息至少包括：弹性模量、泊松比、密度和单元类型信息。

步骤S3：获取夹层板的材料参数，将材料参数输入夹层板模型中进行模态分析，得到满足预设基频阈值条件和夹层板质量最小的原则的夹层板目标设计参数。

在步骤S3中，夹层板的材料参数包括但不限于碳纤维面板的模量、泊松比和密度。预设基频阈值为大于或等于30Hz，在同种材料中，密度一定，厚度越小，则质量越小，因此，夹层板质量最小的原则应当理解为碳纤维面板和铝蜂窝的厚度均最小。进一步地，碳纤维由多层碳纤维单向预浸料组成，故在选取碳纤维面板的厚度最小时，应选取厚度最小的碳纤维单向预浸料。

本实施例将夹层板的材料参数作为优化设计变量输入夹层板模型中，输出对应的基频值(即太阳翼电池阵基板的一阶模态固有频率)，将所满足预设基频阈值条件的基频值在作为优化目标变量，建立基频值与夹层板的材料参数之间的关系曲线；根据关系曲线，获得满足预设基频阈值条件和夹层板质量最小的原则的夹层板目标设计参数。具体地，把碳纤维单向预浸料的厚度最小值以及铝蜂窝的厚度最小值作为优化设计变量，基频值大于或等于30Hz作为优化目标变量，考察基频值随碳纤维单向预浸料的厚度以及铝蜂窝的厚度的变化曲线，得到满足基频值大于或等于30Hz时，碳纤维单向预浸料的厚度最小值以及铝蜂窝的厚度最小值，即夹层板目标设计参数包括碳纤维单向预浸料的厚度最小值以及铝蜂窝的厚度最小值。

步骤S4：获取连接件的样本参数，将样本参数和夹层板目标设计参数输入目标太阳翼电池阵基板模型中进行模态分析，根据预设基频阈值和太阳翼电池阵基板质量最小的原则得到连接件设计参数。

在步骤S4中，连接件的样本参数包括尺寸信息和边界条件，如图4所示，连接件20的尺寸信息包括竖梁21的长度、宽度和厚度，中横梁22的长度、宽度和厚度以及边横梁23的长度、宽度和厚度；边界条件包括铰链24和压紧点25的约束状态。太阳翼电池阵基板的质量包括铝蜂窝的质量、夹层板的质量以及连接件的质量。本实施例把连接件20的三种梁的截面尺寸作为设计输入变量，将基频值大于或等于30Hz以及太阳翼电池阵基板质量最小作为输出优化目标变量，考察多个设计输入变量对基频值以及太阳翼电池阵基板质量的影响，优化得到满足基频值大于或等于30Hz时，太阳翼电池阵基板的质量的最小值。

步骤S5：重复执行步骤S4，获得多组不同的连接件设计参数，根据预设基频阈值和太阳翼电池阵基板质量最小的原则确定连接件目标设计参数，根据夹层板目标设计参数和连接件目标设计参数获得太阳翼电池阵基板的最优设计参数。

在步骤S5中，重复步骤S4，输入不同连接件的样本参数，获得多组不同的连接件设计参数，从连接件设计参数选出满足预设基频阈值和太阳翼电池阵基板质量最小一组参数作为连接件目标设计参数，输出夹层板目标设计参数和连接件目标设计参数即为太阳翼电池阵基板的最优设计参数。

本发明实施例的太阳翼电池阵基板建模方法通过参数化建模以及通过预设基频阈值条件和太阳翼电池阵基板质量最小的原则寻找太阳翼电池阵基板的最优设计参数，实现了目标驱动优化，直接找到最优设计参数。与传统的将仿真解和目标解进行对比，不断重复计算直至仿真解接近目标解的方案相比，本发明每次改变几何参数时不需要重新建模，在初始建立的模型下，进行迭代计算，通过目标驱动优化，直接获得最优设计参数，能够提高仿真分析结果的准确率，减少计算时间，加快设计周期。

图5是本发明实施例的太阳翼电池阵基板建模装置的结构示意图。如图5所示，该装置50包括参数获取模块51、模型构建模块52、第一确定模块53、第二确定模块54和循环及确定模块55。

参数获取模块51用于获取太阳翼电池阵基板的设计参数。

模型构建模块52用于根据设计参数分别构建夹层板模型和连接件模型，根据夹层板模型和连接件模型构建目标太阳翼电池阵基板模型。

第一确定模块53用于获取夹层板的材料参数，将材料参数输入夹层板模型中进行模态分析，得到满足预设基频阈值条件和夹层板质量最小的原则的夹层板目标设计参数。

第二确定模块54用于获取连接件的样本参数，将样本参数和夹层板目标设计参数输入目标太阳翼电池阵基板模型中进行模态分析，根据预设基频阈值和太阳翼电池阵基板质量最小的原则得到连接件设计参数。

循环及确定模块55用于重复第二确定模块执行的步骤，获得多组不同的连接件设计参数，根据预设基频阈值和太阳翼电池阵基板质量最小的原则确定连接件目标设计参数，根据夹层板目标设计参数和连接件目标设计参数获得太阳翼电池阵基板的最优设计参数。

请参阅图6，图6为本发明实施例的计算机设备的结构示意图。如图6所示，该计算机设备60包括处理器61及和处理器61耦接的存储器62。

存储器62存储有用于实现上述任一实施例所述的太阳翼电池阵基板建模方法的程序指令。

处理器61用于执行存储器62存储的程序指令以太阳翼电池阵基板模型。

其中，处理器61还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器61可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器61还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

参阅图7，图7为本发明实施例的计算机存储介质的结构示意图。本发明实施例的计算机存储介质存储有能够实现上述所有方法的程序文件71，其中，该程序文件71可以以软件产品的形式存储在上述计算机存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的计算机存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，或者是计算机、服务器、手机、平板等终端设备。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种太阳翼电池阵基板建模方法，所述太阳翼电池阵基板包括：夹层板和与所述夹层板连接的连接件，其特征在于，所述建模方法包括：

S1：获取所述太阳翼电池阵基板的设计参数；

2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，根据所述设计参数分别构建夹层板模型和连接件模型，根据所述夹层板模型和所述连接件模型构建目标太阳翼电池阵基板模型还包括：

3.根据权利要求2所述的建模方法，其特征在于，对所述初始太阳翼电池阵基板模型进行离散处理，得到多个离散单元，将相邻两个所述离散单元进行耦合处理，得到所述目标太阳翼电池阵基板模型还包括：

4.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，获取夹层板的材料参数，将所述材料参数输入所述夹层板模型中进行模态分析，得到满足预设基频阈值条件和所述夹层板质量最小的原则的夹层板目标设计参数还包括：

5.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述夹层板由铝蜂窝和碳纤维面板组成，所述设计参数包括铝蜂窝厚度、碳纤维面板厚度以及连接件的尺寸。

6.根据权利要求5所述的建模方法，其特征在于，根据所述设计参数分别构建夹层板模型和连接件模型还包括：

根据所述设计参数构建第一参数化模型；

7.根据权利要求5所述的建模方法，其特征在于，所述连接件包括横梁和竖梁，所述连接件的尺寸包括：横梁截面尺寸和竖梁截面尺寸，根据所述设计参数分别构建夹层板模型和连接件模型还包括：

根据所述设计参数构建第二参数化模型；

8.一种太阳翼电池阵基板建模装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述的太阳翼电池阵基板建模方法。

10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的太阳翼电池阵基板建模方法。