[发明专利]一种二级箱间段结构优化设计方法

摘要

本发明属于航天舱段结构设计领域，涉及一种二级箱间段结构优化设计方法，本发明主要包括二级箱间段结构的叉子单元上接头拓扑优化和设计优化两部分，具体为：根据结构载荷形式，对箱间段叉子单元进行拓扑优化，得到粗略结构形式；根据具体的结构载荷及总体结构设计要求，在拓扑优化得到的结构形式基础上进行设计优化，得到箱间段叉子单元接头的具体参数；对箱间段叉子单元及相邻的火箭壳体进行联合建模，校核二者互为真实边界后的结构强度；对上接头结构的具体几何参数进行优化，获得详细的结构参数。本发明能够提高杆系部段叉子单元的接头集中载荷的扩散效率，降低接头应力水平，解决箱间段叉子单元接头的局部强度问题。

主权项

1.一种二级箱间段结构优化设计方法，其特征在于以下步骤：第一步，对二级箱间段结构的叉子单元上接头进行拓扑优化，通过拓扑优化的手段重新设计上接头结构形式，使得上接头结构应力水平下降；1.1)建立原二级箱间段结构的上接头模型，用一块实体的设计域包围原有上接头，建立上接头拓扑优化模型；在设计域中预留螺帽的空间，用于安装螺栓；1.2)简化上接头拓扑优化模型，将螺孔约束，并在上接头的轴向加载集中拉力，近似等效轴拉工况，完成上接头拓扑优化的模型建立工作；1.3)以上接头拓扑优化模型刚度最大、最小柔顺性为设计目标，给定二级箱间段结构重量上限，对优化设计域内的材料密度分布进行设计，求解二级箱间段结构的最小柔顺性优化问题，得到上接头拓扑优化设计结果，即二级箱间段接头的具体参数；1.4)根据步骤1.3)得到二级箱间段上接头的具体参数及其他部件原始参数，在有限元分析软件中建立箱间段叉子单元及相邻火箭壳体的联合模型，进行有限元分析，得到有利于箱间段上接头集中应力的扩散的上接头结构形式；第二步，对二级箱间段结构的叉子单元上接头进行设计优化；在第一步1.4)得到的上接头结构形式的基础上，考虑上接头自身强度及总体要求、工艺，对上接头结构的几何参数进行优化，获得结构参数。