卫星复合材料桁架结构多级优化设计方法

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1、V01．25No．1航天器工程第25卷第1期40SPACECRAFTENGlNEERING2016年2月卫星复合材料桁架结构多级优化设计方法苏若斌陶炯鸣孔祥森(上海卫星工程研究所，上海200240)摘要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。关键词卫星

2、；复合材料；桁架结构；多级优化设计中图分类号：V43．42文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2016．01．006MultilevelOptimizationMethodofCompositeTrussStructureforSatelliteSURuobinTAOJiongmingKONGXiangsen(ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai200240，China)Abstract：Inthisstudy，

3、amulti—levelmethodisproposedfortheoptimaldesignofcompositetrussstructuresforsatellites．Thisnoveloptimizationmethodconductscollaborativeoptimizationde-signbytakingthecompositetrussstructures’spatialconfiguration，geometricalparametersandlay—upangleintoconsid

4、erationsimultaneously．Theoptimizationmethodisabletodecreasethecomputationalscaleandimprovethecalculationprecision．Meanwhile，theoveralloptimalresultsreferringtOstiffness，strength，stabilization，massandin-orbitdeformationofcompositetrussstructurecanbeobtained

5、．Finallythefeasibilityoftheoptimizationmethodisverifiedbyapplyingittoanengineeringexample．Keywords：satellite；compositematerial；trussstructure；multileveloptimization引言复合材料桁架结构有着空间构型适应能力强、承载大、质量轻的优点，广泛应用于卫星承力结构、星上重要仪器设备的安装结构以及特殊连接结构口]。考虑到复合材料的可设计性，将桁架结构的几何参数

6、与材料参数协同设计，充分发挥复合材料的潜力，对于进一步降低结构质量，提升桁架结构综合性能具有重要意义。近年来，国内外学者针对复合材料结构的优化设计开展了广泛的研究，优化内容主要集中在复合材料结构的构型布局、刚度、强度、稳定性、结构质量、气动性能等多方面，部分研究以单目标最优为设计目的，部分研究以达到多目标协同最优为目的。其中，比较典型的如张铁亮等心3针对复合材料加筋板结构的构型布局进行了优化设计工作；Schmit等[3]以强度、刚度为约束条件，以复合材料的铺层厚收稿日期：2015—12—24；修回日期：20

7、16一Ol一11作者简介：苏若斌，男，工程师，研究方向为卫星结构设计。Email：suruobin@126．com。第l期苏若斌等：卫星复合材料桁架结构多级优化设计方法度和铺层角度为设计变量，进行了多目标协同优化设计工作；Haftka等Ⅲ以结构稳定性最优为目标，建立了以复合材料铺层厚度和铺层角度为设计变量的优化设计模型；ji—HoKang等嘲利用遗传算法，研究了轴压复合材料板和加筋板质量最小时的材料铺层参数；王琦等¨1针对复合材料前掠翼结构，提出了一种综合考虑气动、强度、刚度、稳定性的优化方法。上述研究大多

8、应用于解决飞机复合材料结构设计中的实际问题，但是考虑到卫星复合材料桁架结构的应用特点，优化设计时在满足结构刚度、强度、稳定性、结构质量等要求的同时，还要求结构在轨具有较高的尺寸稳定性，避免桁架在轨工作时由于受光照不均匀产生剧烈的热变形，影响有效载荷在轨指向精度。结合以上需求，本文基于OptiStruck结构优化软件，提出一种卫星复合材料桁架结构的多级优化设计方法，结合卫星桁架结构的实际需求，在减小优化问题的求解规