一种复杂舱段的渐进优化设计方法

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1、2013年第1期导弹与航天运载技术No.12013总第324期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.324文章编号：1004-7182(2013)01-0006-05DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20130102一种复杂舱段的渐进优化设计方法郑学升，吕钢（北京宇航系统工程研究所，北京，100076）摘要：为缩短研制周期，减少设计中的反复，提高设计质量，舱段的结构设计需要进行优化。探索一种解决复杂舱段结构设计的渐进优化设计方法。首先进行拓扑优化，根据拓扑优化结果设计方案；再进行静、动力学特性分析；而后对设计结构要

2、素进行参数优化；最后进行试验验证。通过一个复杂舱段的结构设计与优化，验证方法的有效性。关键词：拓扑优化；有限元分析；参数优化中图分类号：V414.19文献标识码：AAGradualOptimizationApproachforDesigningComplexCabinsZhengXuesheng,LvGang（BeijingInstituteofAstronauticalSystemsEngineering,Beijing,100076）Abstract：,Anoptimizationofsystemdesignisneededtoshortenthedeve

3、lopmenttime,reducethereiteration,andimprovethedesignlevel.Agradualoptimizationapproachisproposedtodesigncomplexstructurecabins.Firstly，atopologyoptimizationisdone，andastructuredraftismadebasedontheresultoftopologyoptimization.Secondly,thestaticanddynamicstructuralanalysisisperformed

4、inMDNastran.Thirdly,aparameteroptimizationabouttheoriginalstructureisconducted.Lastly,thetestisprerequisite.Themethodisvalidatedbyacomplexcabinstructuredesignandoptimization..KeyWords：TopologyOptimization;FEMAnalysis;ParameterOptimization0引言约束和多学科综合的优化设计问题，从而缩短研制周[1~4]飞行器复杂舱段的结构设计的静

5、、动力载荷工况期，减少设计中的反复，提高设计质量。利用有限[5~8]多，结构承载复杂，舱段内部仪器设备安装布局要求元分析软件进行结构优化设计成为其中一种选择。苛刻，同时必须兼顾多种使用功能需求，要求在满足某运载器舱段属于复杂结构，具有复杂受力形式，各项设计指标的前提下结构质量最轻。随着航天工程要求在复杂的仪器设备布局约束、多种静载荷工况和技术各个领域的快速发展和不断进步，对飞行器结构振动环境工况条件下，使结构强度和模态频率特性等设计来说，从结构方案论证、方案设计、样机加工制满足设计要求，且结构质量最轻。造、试验验证等，一直到整个工程研制阶段结束，提针对该复杂结

6、构优化设计问题，本文尝试用渐进出提高设计效率、一次设计的正确性、缩短研制周期优化设计方法解决舱段结构轻质化设计问题，并将此和减少研制经费等问题。优化设计结果与原舱段设计进行比较，说明提出的渐[1]传统的飞行器结构设计主要以静强度设计为主，进优化设计方法的有效性和在工程设计中的作用。设计完成后，再通过动力学试验和动强度试验进行设计验证和结构设计修改。结构动强度和动特性往往需1渐进优化设计方法要经过试验-修改-再试验的多次反复，通过反复修改完渐进优化设计方法是一种利用几种优化算法使结成最终设计，研制周期一般较长。构设计结果逐渐趋近于某些约束条件下最优化的方随着优化

7、算法和计算机技术的发展，开始研究将法。在结构设计前期，先根据主要仪器设备布局空间优化设计方法应用于复杂结构设计，解决复杂结构多约束和受载情况，在预先确定的设计区域内，寻求结收稿日期：2012-03-31；修回日期：2012-04-26作者简介：郑学升（1986-），男，硕士研究生，主要研究方向为飞行器总体设计、结构优化设计第1期郑学升等一种复杂舱段的渐进优化设计方法7构材料最优布局的拓扑优化，进行构型和结构布局方渐进优化设计流程在设计中有以下几个特点：a）案的选择；而后，利用数值优化算法，对结构设计要将一个复杂的结构设计问题分解为几个层次相对简单素进行优化，从

8、而使结构趋近于最优化设计。的问题；b）