[发明专利]一种导弹舱段径向连接结构轻质化设计系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种导弹舱段径向连接结构轻质化设计系统，该优化系统可以快速地完成导弹舱段径向连接结构的轻质化设计，属于航空航天技术领域。

技术背景：

随着现代高新技术的发展、战争的需求、固体发动机的广泛使用，以及制导设备逐步小型化的发展，导弹技术正向小型化、轻质化、高机动性要求、远射程、高精度、强突防、大威力、系统化、多用途、低成本和高可靠等方向发展。

同时为了满足导弹携带设备的要求，总体设计时要从结构设计的角度来减轻弹体的质量，从而提高导弹性能。从结构设计角度来讲，应当在满足结构强度、刚度的前提下尽可能地减少结构材料或选用新型轻质材料来实现弹体质量的减少。但弹体壁厚优化这一领域已发展相当成熟，导弹各舱段的壁厚可缩减余地有限，故在这一方面着手可以得到的提升空间并不是很大。因此选用相对轻便的舱段连接方式会使弹体减重得到更大的提升，对实现导弹结构的轻质化有较大的作用。

因此采用连接结构较为轻便的径向连接方式获得轴向连接效果从而代替传统的轴向连接方式，可以降低连接结构的质量，从而可以提高导弹的各项性能，如减少对导弹动力系统的要求，增大工作射程，缩小弹体体积，提高导弹装置的装卸性能等，还可增加导弹携带弹药的总量，提高其战斗破坏力。

发明内容：

1.目的：本发明的目的是为了提供一种导弹舱段径向连接结构轻质化设计系统,它可以快速地完成导弹舱段径向连接结构的轻质化设计。

2.技术方案：为了实现上述发明的目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种导弹舱段径向连接结构轻质化设计系统，包括以下4个部分：优化定义模块L1，全局搜索模块L2，局部锁定模块L3，结构分析模块L4。该4个模块相互之间的关系是：优化定义模块L1为整个优化系统的初始设定，贯穿整个系统的工作过程；全局搜索模块L2和局部锁定模块L3为系统优化工作的两个阶段，全局搜索模块L2实现在大范围广域上的一个粗略搜索；局部锁定模块L3是在L2模块的基础上进一步沿梯度方向优化得到最优设计方案；结构分析模块L4为系统优化过程中对于设计方案获取结构分析反馈的手段。该四个模块相互独立，通过模块间信息的交互实现每一模块相应的功能，最终实现对导弹舱段径向连接结构的优化设计。

下面详细说明各部分的结构与功能：

所述优化定义模块L1是对导弹舱段径向连接结构优化设计问题的定义，包括以下三部分：设计变量定义模块L11，优化目标定义模块L12和约束条件定义模块L13。它们之间的相互关系是：设计变量定义模块L11，优化目标定义模块L12和约束条件定义模块L13是并列的。

该设计变量定义模块L11是对导弹舱段径向连接结构优化过程中设计变量的定义，定义径向螺栓的直径和个数、两个舱段连接部分的各宽度和厚度等共9个变量为设计变量。数学表达如下：

X={n,d,t,h1,h2,a1,a2,a3,a4};

其中，X为设计变量组，由9个变量组成：n为螺栓个数，整型变量；d为螺栓直径，整型变量，单位为mm，由螺栓直径可确定选用的螺栓规格，即可确定螺栓的各个具体尺寸；t为舱段连接框A、B薄壁区域的厚度，浮点型变量，单位为mm；h1为舱段连接框A连接区域的厚度，浮点型变量，单位为mm；h2为舱段连接框B连接区域的厚度，浮点型变量，单位为mm；a1为舱段连接框A连接区域的宽度，浮点型变量，单位为mm；a2为舱段连接框A阶梯过渡段宽度，浮点型变量，单位为mm；a3为舱段连接框B局部加厚区域的宽度，浮点型变量，单位为mm；a4为舱段连接框B端面到螺栓孔中心线的轴向距离，浮点型变量，单位为mm。各变量取值范围与导弹舱段直径、材料和承载情况有关。根据要优化的导弹舱段径向连接结构进行各变量取值范围的设定。

该优化目标定义模块L12是对导弹舱段径向连接结构优化过程中优化目标的定义，定义导弹舱段径向连接结构整体质量最小为优化目标。数学表达式如下：

Min(W);

其中，W为导弹舱段径向连接结构整体质量，单位为kg。

该约束条件定义模块L13是对导弹舱段径向连接结构优化过程中约束条件的定义，从结构强度和刚度的角度出发，强度满足结构材料的性能，刚度满足两个舱段不发生脱节。分别定义结构最大应力小于结构材料的许用应力，舱段连接框A和舱段连接框B沿轴向的错位位移小于特定值。数学表达式如下：

S=(s1,s2,s3,dis)