大直径火箭半硬壳结构框—桁匹配性设计

轻量化设计是运载火箭箭体结构设计的重要内容。采用理论推导的方法证明了在金属半硬壳箭体结构设计中,传统设计理论过于保守。提出一种基于有限元方法的半硬壳结构框一桁匹配性设计方法,并用该方法指导了一种大直径箭体结构设计,试验结果证明了该方法正确可行,极大减轻了结构重量。     

有限元网格结点编号

在有限元分析中,求解高阶线性代数方程组时整体刚度矩阵所需存储与由网格结点编号决定的顺序有关.在基于等带宽存储的求解法与基于变带宽存储的求解法的基础上推导出它们的关系.据此,提出了有限元网格结点编号的前沿法与矩形法,并给出了这两种编号法的内存消耗与结点数量的关系.理论分析和实例表明这两种编号法能有效地减少计算机内存消耗.     

多个裁剪参数曲面的有限元混合网格剖分法

根据冲压模具形状特点,对由CAD/CAM系统建立的冲压模具的多裁剪参数曲面数学模型,提出了一种符合冲压成形有限元分析需要的三角形和四边形混合网格剖分算法.按几何离散控制参数即最长边、最短边、距离误差和角度误差,将多裁剪参数曲面离散为多边形集.利用曲面曲线查找裁剪参数曲面相邻关系,建立B-Rep表示的曲面几何模型,并更新多边形集.然后由多边形集得到三角形和四边形混合网格,结果网格单元是相容的,在相邻裁剪参数曲面边界处无裂缝和覆盖.      

大型运载火箭加筋柱壳近似建模方法

为提高大型运载火箭中薄壁加筋柱壳结构的后屈曲分析、优化设计的计算效率，提出基于矩估计的增广径向基函数(ARBF)近似建模方法。首先，分析了形状参数对ARBF近似模型泛化能力的影响规律；然后，基于样本点局部密度给出了ARBF基准形状参数确定方法，并根据模型响应特点，引入缩放系数对形状参数进行自适应调整；进一步，基于矩估计方法将确定形状参数的复杂域优化问题转化为确定缩放系数的优化问题，并利用多起点并行优化算法求解该问题，显著降低了计算复杂度；最后，通过典型数值算例和工程应用，对比研究了本文方法与其他典型近似建模方法的优劣。数值和工程算例表明，相较其他典型近似建模方法，本文方法可通过训练较少的样本点达到较高的近似精度，对比结果验证了本文方法的有效性和高鲁棒性，表明其具有一定的工程应用价值。     

重型运载火箭集中力扩散舱段多区域联合设计与优化

为提高重型运载火箭集中力扩散舱段的承载能力和集中力扩散性能，提出了变截面-等比布局多区域联合设计方法和建立了基于静力分析以及工程估算方法的优化模型，并据此开展集中力扩散舱段优化设计。建立了集中力扩散舱段参数化有限元模型，基于显式动力学方法开展了结构承载性能和集中力扩散性能分析。依据集中力扩散舱段结构形式和承载特点，提出了综合多区域变厚度蒙皮、变截面主梁和副梁/桁条等比非均匀布局的联合设计方法，实现了结构精细化设计。为综合提高结构承载性能和集中力扩散性能，建立了基于静力分析和工程估算方法的优化模型，并基于模拟退火法求解该优化模型，获得了减重效果明显的优化结构。对比结果表明，捆绑接头两侧副梁/桁条靠近捆绑接头密布、捆绑接头中间副梁远离捆绑接头密布、变截面主梁以及变厚度蒙皮设计有利于提高结构承载效率和集中力扩散性能，验证了提出的多区域联合设计方法和优化模型在设计集中力扩散舱段方面的有效性和优越性，证明了本文优化工作具有一定的工程应用价值。