嫦娥四号着陆器构型优化设计与验证

采用多目标约束遍历优化方法,进行了以天线视场、指向等使用需求为目标,载荷的机、电、热、光等接口要求为约束条件,单机设备、结构舱板联合迭代布局的优化设计。针对质量资源紧张进行了以减重为目标的电缆网络最短路径优化设计,电缆质量减轻11.4kg,减轻比例达16.9%。进行对称布局优化调整,质心精度提高至0.1mm,配重比降低至0.1%。经过构型优化设计,满足了任务目标对探测器构型的需求,经过地面试验及在轨飞行,也验证了构型优化设计的正确性。     

桁架式集成天线塔优化设计

针对某卫星平台桁架式集成天线塔结构的优化设计,采用了一种先构型优化,再尺寸优化的方法.首先使用Midas软件进行了有限元建模,应用满应力优化和基结构法得到了兼顾重量、基频、拉拔力、结构对称性及安装空间的综合最优构型.其次,在构型优化结果的基础上,通过Isight软件集成MSC.Patran/Nastran软件,选用多岛遗传优化算法,分析得到了最轻质量杆件截面方案.该方案可以同时满足空间X、Y、Z三个方向正弦响应荷载工况的强度、刚度等要求,质量较优化前降低.优化结果表明,该方法能够得到满足设计要求的方案,可以应用于桁架结构的优化设计.     

复合材料结构的优化设计

本文提出复合材料结构优化设计的一种新的多级优化设计方法。在系统级优化中用优化准则法得到满足约束要求的最优复合材料迭层板厚度。在元件级优化中用线性规划技术使结构应变能最大,得到最优分层厚度,进一步减轻结构重量。 本文给出算例研究复合材料悬臂盒式梁和翼面结构,在给定外载作用下满足强度要求和挠曲变形规律要求时的优化设计。计算结果表明,本方法计算简便,收敛迅速,具有较高的效率易于工程应用。     

星载SAR缝隙波导天线环境适应性设计与验证

针对星载合成孔径雷达（SAR）长寿命、高可靠的需求,从天线的类型选择、构型设计和实现途径等方面介绍了某大型星载SAR平面相控阵天线的技术路线,确定采用真空钎焊技术的整块缝隙波导天线为研究对象;从机电热全面分析其在空间力学环境、热环境、真空环境和带电粒子辐射环境下的适应性设计关键技术和难点,如：通过合理减重、结构分块和布局优化等设计,解决天线的刚强度问题;对天线全流程工艺进行控制以获得满足热控要求的阳极氧化膜;采用游离设计减小天线在高低温环境下的热变形;通过合理确定电场最强处两个金属面的间距来消减天线在真空环境下的微放电现象;通过选择聚酰亚胺材料作为射频连接器的介质支撑来提高天线的抗辐射能力。环境试验和在轨验证结果证明,该缝隙波导天线设计合理,环境适应性良好,能够稳定正常工作。     

有效载荷机柜结构优化设计

有效载荷机柜是载人航天器密封舱内安装有效载荷的重要结构,在设计上既要具备一定的刚度保证,以满足发射力学环境要求,又要通过减轻自身重量来提高有效载荷发射能力。文章根据载人航天器密封舱的基本结构设计要求,完成了有效载荷机柜结构的基线设计,进行了有效载荷机柜的有限元建模和模态分析,以减重为目标,刚度为约束条件,完成了有效载荷机柜结构优化设计,并基于敏感度分析得到了有效载荷机柜结构设计参数对其刚度的影响关系。文章的分析思路和研究结果对工程设计具有指导意义。     

星载薄壁结构天线结构优化设计与试验验证

薄壁结构具有质量轻、电性能稳定等优点,但同时又由于其结构刚度低、承力能力差、同等力学环境下加速度响应大等缺点,制约着其在星载天线领域的应用。文章针对卫星薄壁结构天线的上述缺点,利用通用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran建立力学分析模型,计算得到影响薄壁结构天线基频低、承受应力大的薄弱位置。进行结构优化时,突破传统的等截面加强筋设计方式,在该薄弱位置增加变截面加强筋,提高了结构基频;在加强筋之间设计倒角,降低了结构应力水平。优化后的分析结果表明,天线结构的基频提高了106%,同等力学环境下加速度响应降低了94%,应力水平减少了93%,满足天线设计指标要求。最后,通过试验验证了该优化方法的有效性,对以后薄壁结构天线的设计具有一定的指导意义。     

固体火箭发动机喷管扩张段壳体结构优化设计

针对某型号发动机喷管扩张段壳体结构,建立了高精度三维扩张段热结构FEM模型,计算了喷管工作时扩张段壳体结构在承受高温、高压以及作动器外载的联合作用下,结构的应变及位移分布规律,并与全尺寸发动机喷管热联试的试验结果作对比。结果表明:热结构仿真计算与试验结果吻合较好,其中关键承载部位应变最大误差小于15%,验证了热结构仿真模型准确性及精度,可以用于工程上扩张段壳体热结构强度校核。在此基础上,以环/母向筋条数量为设计变量,采用First-order优化方法对喷管扩张段壳体结构进行减重优化设计,在满足强度和刚度要求的前提下实现了目标结构约30. 8%的有效减重。以上计算结果对于固体火箭发动机喷管扩张段壳体结构设计优化,准确预估结构安全裕度有着一定的参考价值。     

萤火一号火星探测器结构分系统设计与试验

对萤火一号(YH-1)火星探测器结构分系统设计与试验进行了研究.为满足轻型化、高刚度和低剩磁等要求,结构分系统采用复合板式箱体结构,使用镁、铝等轻合金和非磁性材料,对关键连接点进行合理设计以提高连接刚度,对承力框架进行拓扑优化设计以减小质量.力学分析和试验结果表明:YH-1火星探测器结构分系统设计正确,结构可靠,满足中俄双方约定的技术要求.     

复合材料桁架式机架设计方案

为进一步降低某上面级发动机机架结构质量,对其高强度钢的桁架式机架开展了以复合材料替代金属的设计方案研究。通过对原金属桁架式机架力学设计特性分析,在保持原结构对接参数及外形尺寸不变的情况下,提出了一种碳纤维/环氧树脂复合材料机架的设计方案,并重点对杆件结构进行详细设计及影响参数分析。首先,采用基于Matlab软件的遗传算法优化工具箱对杆件截面尺寸及纤维缠绕角度优化,然后对接头结构进行设计,并组装成复合材料整体机架,对强度、刚度及稳定性等参数分析及校核。研究结果表明:新设计复合材料机架在满足原机架基本设计要求基础上,相对于原机架实现了40%以上的减重。研究方法可为复合材料桁架结构设计研究提供借鉴。     

基于Pro/Mechanica的航天电子设备插板结构灵敏度分析及动力学优化设计

卫星数据传输电子设备一般为插板式结构,在满足恶劣力学环境可靠性同时,还要尽量减轻产品重量,本文针对此类典型插板结构,采用Pro/Mechanical软件对其进行动态特性分析,对插板结构加强筋的布置形式、重要尺寸进行了灵敏度分析,根据灵敏度分析结果,对敏感尺寸进行了优化分析,得到满足刚度设计要求、质量最小的最优插板结构,保证了力学可靠性提供了依据。