基于脉冲子结构的探测器结构动力学优化设计

针对传统结构优化设计中，精细化模型求解复杂结构动响应过于耗时的问题，引入保精度、高效的脉冲子结构方法，提出一种考虑结构动力学响应的优化设计流程，并对月球探测器太阳翼结构进行优化分析，获得了太阳翼结构设计参数，有效地提高了太阳翼动力学特性指标，改善了月球探测器关键位置处的动力学环境。结果表明，脉冲子结构方法可以有效应用于航天器结构动力学优化设计，提高优化设计效率，所得优化结果对实际结构设计具有一定指导意义。     

发动机组合件试车架数字化设计方法

为了适应液体火箭发动机组合件试车振动与脉冲载荷大、空间尺寸变化大、试验参数调整幅度大及热环境复杂等特点,组合件的试车架需要在复杂力热环境下具备快速调整能力,提出了一种发动机组合件试车架的数字化设计方法,该方法包括了虚拟装配与三维设计、模块化组件设计,可靠性设计及优化设计等内容。利用Pro-E三维建模实现了虚拟装配,确保支撑结构的合理可靠;模块化设计方法的应用提高了设计效率与结构快速适应性;结构强度计算应用有限元静态仿真及模态分析方法,解决了快速脉冲及振动载荷环境下的可靠性设计;通过一维搜索优化设计方法,解决了热管道支撑结构的优化设计。该方法已应用于液体火箭发动机某滚控装置的试车架设计中,同时为类似形式组合件试验试车架设计提供了参考。     

基于iSIGHT集成平台的次镜支撑结构优化设计

空间遥感相机次镜支撑结构的稳定性对相机的成像品质具有很大的影响,对其进行分析和优化设计具有重要意义。通用的有限元分析方法无法对复杂结构自动进行多目标、多约束及多设计变量的优化设计。文章研究了以 iSIGHT 为集成平台的多目标优化设计方法及复杂结构的参数化有限元模型的建立方法,设计了次镜支撑结构的优化策略;通过分析得到了影响次镜支撑结构稳定性的各变量的灵敏度、设计空间及最优设计方案,结构性能大大提高。这种优化方法可以快速地找到最优方案,大大提高优化效率及产品的可靠性,可应用于其它次镜支撑结构设计乃至整个遥感器的设计中。     

组合结构屈曲稳定性优化设计与灵敏度分析

本文研究了组合结构屈曲稳定性优化设计及灵敏度分析数值方法，讨论了屈曲临界荷载灵敏度对应力场和载荷的依赖关系、及其在尺寸和形状变量中的不同计算方法，将屈曲优化与静力和动力优化联合执行，在ＪＩＦＥＸ软件中实现以解决复杂的结构优化问题。算例表明了优化方法在结构稳定性设计中的应用，验证了算法和程序的有效性。     

基于混合变量的导弹舱段径向连接结构综合优化设计

针对导弹舱段径向连接结构的优化设计,研究其优化模型的建立及求解。该优化问题同时涉及尺寸、形状及拓扑优化,是一个综合优化问题。将离散变量螺栓规格及螺栓个数,与连续变量连接段的细节尺寸同时引入优化模型作为设计变量,实现对混合变量的同步优化,在满足结构强度与刚度约束下,实现结构质量最小的优化目标。建立了该结构综合优化设计的优化模型,并基于多学科优化平台i SIGHT成功求解,得到的优化结果在工程校核过程中满足工程设计要求。实现了对导弹舱段径向连接结构综合优化设计问题的通用建模,对复杂结构系统优化问题具有一定的应用参考价值。     

环向肋增稳的薄壁圆筒结构定向拓扑优化方法

针对广泛应用于飞行器的薄壁圆筒结构,在优化设计时未考虑薄壁特性导致优化结果加工性和稳定性欠佳的问题,提出一种面向飞行器总体设计阶段的环向肋增稳薄壁圆筒结构定向拓扑优化方法.该方法首先依据薄壁结构壁厚方向将有限单元划分成组,以单元组为基本单位构成优化设计空间,保证优化结果具有定向性,进而保证优化结果符合薄壁结构加工特性;...     

航天器隔舱结构优化设计

采用有限元方法、结构灵敏度分析技术及序列线性／二次规划方法进行隔舱减重优化设计。文章叙述了优化模型的确定、载荷工况及边界条件的选取,对优化设计中用到的敏度分析方法和优化算法进行了简介;对设计方案选取,优化结果的比较进行重点论述。通过分析验证及试验验证表明,隔舱结构减重优化设计效果显著,优化设计在航天器结构设计中具有重要意义。     

基于多目标遗传算法的三轴振动夹具结构参数优化设计分析

通过建立三轴振动夹具优化设计数学模型,以影响夹具性能的结构尺寸为设计变量,以振动台尺寸约束和夹具质量要求为约束条件,采用SolidWorks和ANSYS Workbench协同仿真技术,基于多目标遗传算法实现了振动夹具的轻量化和一阶固有频率最大化。优化后的三轴振动夹具一阶固有频率提高了7.4%,同时夹具的质量减小了20.1%,证明文章所提出的协同仿真技术手段与优化设计方法可行、有效,可为其他同类产品的优化设计提供参考。     

卫星复合材料桁架结构多级优化设计方法

针对卫星用复合材料桁架结构,提出一种多级优化设计方法,对复合材料桁架结构的空间构型、几何参数以及材料铺层角度开展协同优化设计。该方法能够在缩减优化问题求解规模,提高解算精度的同时,获得兼顾结构刚度、强度、稳定性、质量以及在轨热变形的综合最优结果。最终通过工程算例,验证了文中提出优化设计方法的有效性。     

基于拓扑优化的冲压发动机主安装节承力结构设计

针对冲压发动机主安装节承力结构优化,开展集中力扩散结构设计。首先采用工程方法设计放射肋扩散结构方案,然后开展拓扑优化设计。通过平板结构优化算例验证适合此类工程问题的内力均匀性约束条件,采用全域粗网格模型求解优化设计域、精细网格模型求解结构方案的二轮优化迭代的拓扑优化方法,得到最终优化结果。通过工程设计法与拓扑优化方法的...     

卫星电子设备振动试验用超高基频夹具设计

卫星电子设备振动试验用夹具作为固定试件和传递激励信号的重要部件,应具备高刚度和高基频的特性。文章提出卫星电子设备振动试验夹具的设计指标,包括对基频和横向振动响应的要求。通过结构优化,设计了一种轻质平板型夹具。振动试验验证结果表明,该夹具基频在2000 Hz以上,横向振动响应小于10%,达到了卫星电子设备振动试验夹具的设计要求。     

支架结构随机振动响应优化研究

文章建立了随机载荷作用下结构多点响应优化的数学模型,应用ANSYS程序的APDL语言实现了结构随机振动响应优化方法的程序化。设计了一个三维支架结构,以其为算例进行了基于几何设计变量的随机振动响应优化设计,取得了满意的结果。     

卫星肼瓶系统减振优化设计

由于布局和安装条件的限制,某卫星肼瓶支架采用了“十”字型截面设计,这导致在发射过程中某方向肼瓶振动幅度过大,发生较大变形甚至断裂破坏。为减小肼瓶系统的过度振动,采用结构优化方法进行了减振动力学设计。考虑以下方案:1)固有频率约束下,以肼瓶系统重量为目标函数的尺寸优化;2)频率响应约束下,以肼瓶系统重量为目标函数的尺寸优化;3)以频率响应极小化为目标函数的肼瓶系统尺寸优化;4)频率响应约束下阻尼材料拓扑布局优化,以肼瓶系统重量为目标函数。对优化模型1)~3)进行直接线性化处理,采用序列二次规划方法求解。在阻尼材料拓扑布局优化中,采用了作者提出的基于阻尼拓扑敏度综合评价的阻尼材料拓扑优化准则。综合比较上述方案优化效果,阻尼拓扑布局优化设计的减振效果是最佳的。文中对动力响应优化设计问题的优化模型选取也进行了探讨。     

某结构在振动-加速度复合环境下的响应优化

文章以结构的安装角为设计变量,根据结构安装位置的合理性来确定设计变量的约束条件。以结构关键部位的加速度均方根值作为目标函数,建立了随机振动-加速度复合载荷作用下基于安装角的某结构响应优化模型。应用ANSYS软件中的参数化设计语言（APDL）实现了离心场中结构随机振动响应对安装角度的灵敏度分析及优化。优化后的结构振动响应降低了。     

磁悬浮飞轮优化设计与实验

针对在轨磁悬浮飞轮转子系统,考虑发射主动段振动工况,提出一种基于灵敏度分析的多学科优化设计方法。通过比较分析内、外锁紧方案对锁紧状态飞轮转子系统共振频率的影响,得到了较优的抱式外锁紧方案。在此基础上,对飞轮转子进行灵敏度分析,并选择高灵敏度结构参数作为优化设计变量。考虑其结构强度、转动惯量、控制性能、自由状态和锁紧状态一阶共振频率,以飞轮转子质量最小为优化目标,利用序列二次规划法对其进行多学科优化设计。优化结果表明,在满足发射振动工况下,飞轮转子极转动惯量与质量的数值比达到最大为0.0070,比初始值0.0064提高了9.4%。该优化方法提高了飞轮转子设计的可靠性和效率,其首次在轨实验成功对我国磁悬浮飞轮空间应用具有重要意义。     

激励频段对航天器随机振动载荷的影响

在航天器随机振动等效准静态载荷计算中,高频因对随机振动载荷的贡献较小而可以被截去,但目前截止频率的选择还未有完全确定。为确定随机振动环境下的计算频段,文章设计了不同动态特性的组件进行不同截止频率的随机振动试验,并根据试验数据分析研究了不同特性组件在不同振动频段下应变的变化规律。研究结果认为,对于一般组件,随机振动的计算截止频率可取为组件主频率的1.5倍。针对非均匀输入加速度谱的随机振动载荷计算问题,文章提出分频段的分析方法。按3个基本频段计算随机振动载荷,分析得到了不同频段对总随机振动载荷贡献大小和规律,以及截止频率误差的影响因素和影响大小。算例表明,分频段法可以用于不同状态输入加速度谱的随机振动载荷计算。     

控制箱夹具传递特性及对振动信号失真的影响分析

文章针对某控制箱夹具非主振方向运动过大致振动台信号传递失真问题进行有限元仿真分析。在分析控制箱夹具传递特性的基础上,通过大质量法探讨基于实测加速度数据直接加载的振动台-夹具-试验件耦合模型的响应计算方法,分析夹具致信号传递失真原因,并通过厚度优化提高夹具的固有频率。研究结果表明,夹具在激励频段内的非主振方向共振将导致试验件在该方向的过考核;模态贡献量分析可以更具针对性地设计或改进夹具结构。     

一种空间相机用小型锁定组件设计

在卫星发射阶段,采用锁定组件对空间相机中的活动部件进行锁定可以提高活动部件的基频和抗振动能力、减少振动对机构精度的影响。一种用于空间相机中活动部件锁定和解锁的小型锁定组件,采用电机正反转动带动滚子从动件径向凸轮机构来实现锁定、解锁功能。文章详细介绍了小型锁定组件组成和工作原理,通过设计实例对机构进行了受力分析计算、验证了电机和结构设计参数选择的合理性。装机地面试验和环境试验结果表明,所设计的锁定组件性能稳定、工作可靠,很好地满足了空间相机使用要求。     

泡沫铝隔冲器设计及其对卫星可展开附件收拢状态力学特性的影响

文章针对泡沫铝隔冲器可能降低卫星可展开附件收拢状态的模态频率及放大振动响应等问题,首次提出一种基于表层填充J-133常温胶的开孔泡沫铝块的扁平式隔冲器,以某可展开数传天线为例开展泡沫铝隔冲器设计与分析,并进行了模态试验和振动试验验证。试验结果表明:所设计的泡沫铝隔冲器使可展开附件收拢状态前三阶模态频率降低不到2.5 Hz,而振动响应平均降低约30%。     

风洞模型支撑机构有限元模型修正与确认

风洞模型支撑机构有限元建模对预测风洞试验中的结构动力学响应至关重要。然而采用模态试验修正有限元模型需要多轮迭代优化,随着修正参数的增多,数值优化耗时将呈指数化增长。为解决上述问题,联合ABAQUS、MATLAB搭建iSIGHT结构有限元模型修正平台,基于此平台开展某模型支撑机构有限元动力学模型修正,根据试验设计变量对响应的贡献量,筛选灵敏度较高的修正变量;构建前4阶频率差和振型相关性为多目标函数,使用近似建模得到修正变量和目标函数的响应面模型,采用多目标优化方法NSGA-II开展模型修正;修正后的模型前4阶频率差均在10%以内,振型相关性均大于0.8。对修正模型开展动力学响应确认,使用结构模态动力学响应与锤击试验响应作对比,结果显示,修正模型满足工程需求,可用作下一步复杂载荷作用下的结构动力学响应预测。