[发明专利]基于月球上升器组件的参数化仿真方法

说明书

本发明涉及一种基于月球上升器组件的参数化仿真方法，属于深空探测技术领域。为了解决现有技术在上升器动力学分析中的设计效率低的问题，本发明提供一种基于月球上升器组件的参数化仿真方法。该方法集有限元建模、求解计算及结果后处理于一体，能够生成上升器各组件(包括上升器和上升器贮箱)的有限元网格模型并自动完成装配、工况设定、求解计算和结果提取。本发明实现了上升器动力学参数化模型的自动化建立，避免了上升器的有限元建模过程中改变某一个特征尺寸引起的网格重划分和组件连接关系重设定给设计人员带来的重复劳动。

技术领域

本发明涉及一种基于月球上升器组件的参数化仿真方法，属于深空探测技术领域。

背景技术

我国在发展地球应用卫星和载人航天之后，与时俱进，适时开展以月球探测为主的深空探测活动，是航天活动的必然选择，对我国科技事业的发展和月球权益的维护具有重要的战略意义。依据我国探月工程总体规划，我国实施探月工程设想分为“绕、落、回”三个阶段。在第三阶段，上升器将承载将样品安全运回地球的任务，对探月任务至关重要。

考虑了更多的力学因素，上升器有限元模型的建立过程十分复杂，构型的任何微小变化都会带来网格划分和连接设置上的重复操作，对于上升器这种大型的航天器结构来说，建模上大量的重复操作既繁琐又易出错，严重影响设计效率。

之前，专利CN103678824A针对月球探测器提出了参数化仿真的方法，但是上升器建模中大量进行复杂梁结构设计，同时应用复合层板，有多个材料层，对此现有专利没有进行过细致分析。

发明内容

为了解决现有技术在上升器动力学分析中的设计效率低的问题，本发明提供一种基于月球上升器组件的参数化仿真方法。该方法集有限元建模、求解计算及结果后处理于一体，能够生成上升器各组件(包括上升器和上升器贮箱)的有限元网格模型并自动完成装配、工况设定、求解计算和结果提取。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

基于月球上升器组件的参数化仿真方法，具体步骤如下：

步骤1：提取上升器组件的几何特征尺寸、组件安装位置和相邻组件间的装配关系。上升器组件包括上升器和上升器贮箱；

步骤2：提取上升器的梁结构和支架的几何特征尺寸(安装方向、截面形状)、组件安装位置和相邻组件间的装配关系。上升器的梁结构由上升器开口圆梁、上升器底板加强梁、上升器底板斜梁组成。

步骤3：提取上升器复合层板(上升器顶板、上升器底板、上升器十字隔板和上升器侧板)的材料属性(材料、厚度、纤维方向)。

步骤4：建立上升器组件的模型配置文件，每个配置文件中存放步骤1提取的上升器、上升器贮箱和支架的几何特征尺寸，以及它们各自的有限元网格控制信息(包括网格大小和网格类型)。

步骤5：建立上升器的梁结构和支架配置文件，每个配置文件中存放步骤2提取的上升器开口圆梁、上升器底板加强梁、上升器底板斜梁、支架的几何特征尺寸。

步骤6：建立上升器复合层板材料配置文件，每个配置文件中存放步骤3提取的上升器顶板、上升器底板、上升器十字隔板和上升器侧板的材料属性，以及它们各自的有限元网格控制信息(包括网格大小和网格类型)。

步骤7：建立上升器组件的有限元模型：根据步骤2建立的配置文件中的几何特征尺寸及有限元网格控制信息，分别建立上升器、上升器贮箱和支架的几何模型，并对各个几何模型划分有限元网格。然后依次对各个有限元网格赋予实际上升器、上升器贮箱和支架结构对应的材料属性。

步骤8：建立上升器的梁结构和支架的几何模型：根据步骤5建立的配置文件中的几何特征尺寸及有限元网格控制信息，分别修改上升器和支架的几何模型。