一種大型結(jié)構(gòu)快速設(shè)計優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大型結(jié)構(gòu)快速設(shè)計優(yōu)化方法，包括：S1、獲取總體基本參數(shù)，并根據(jù)所獲取的總體基本參數(shù)確定結(jié)構(gòu)構(gòu)型；S2、獲取荷載條件，根據(jù)最嚴(yán)酷的工況，計算得到大型結(jié)構(gòu)的等效軸壓載荷；S3、利用解析法優(yōu)化設(shè)計算法對結(jié)構(gòu)構(gòu)型進行優(yōu)化，包括：根據(jù)等效軸壓載荷設(shè)定初始條件，通過公式選取重量、強度剩余系數(shù)或剛度為判據(jù)，對結(jié)構(gòu)構(gòu)型進行迭代優(yōu)化，得到多組優(yōu)化參數(shù)；S4、選取合適的優(yōu)化參數(shù)建立用于強度有限元分析的線框模型及用于主結(jié)構(gòu)建模的骨架模型；S5、根據(jù)線框模型和骨架模型進行三維數(shù)字樣機建模。
【專利說明】一種大型結(jié)構(gòu)快速設(shè)計優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種大型結(jié)構(gòu)快速設(shè)計優(yōu)化方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]在航天領(lǐng)域結(jié)構(gòu)建?，F(xiàn)有技術(shù)中，常用的方式是首先進行各個零部件設(shè)計，完成零部件設(shè)計后再進行總的裝配協(xié)調(diào)工作。這種建模方法優(yōu)點是各個模型獨立，機器配置要求低，人員設(shè)計能力要求低，缺點是設(shè)計過程中缺乏總體觀念，建模不規(guī)范，外部條件變化時修改工作量大。在對設(shè)計規(guī)范化、精細化、快速化要求嚴(yán)苛的航天領(lǐng)域，這種設(shè)計方法的應(yīng)用有一定的局限性。
[0004]在運載火箭結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，具有獨立功能及要求的艙段近20多個，若采用傳統(tǒng)的建模設(shè)計方法，建模周期長，修改困難，并且各艙段建模不規(guī)范，結(jié)構(gòu)匹配性差，嚴(yán)重影響工作效率。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種大型結(jié)構(gòu)快速設(shè)計優(yōu)化方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種大型結(jié)構(gòu)快速設(shè)計優(yōu)化方法，包括步驟:
51、獲取總體基本參數(shù)，并根據(jù)所獲取的總體基本參數(shù)確定結(jié)構(gòu)構(gòu)型；
52、獲取荷載條件，根據(jù)最嚴(yán)酷的工況，計算得到大型結(jié)構(gòu)的等效軸壓載荷；
53、利用解析法優(yōu)化設(shè)計算法對結(jié)構(gòu)構(gòu)型進行優(yōu)化，包括:根據(jù)等效軸壓載荷設(shè)定初始條件，通過公式選取重量、強度剩余系數(shù)或剛度為判據(jù)，對結(jié)構(gòu)構(gòu)型進行迭代優(yōu)化，得到多組優(yōu)化參數(shù)；
54、選取合適的優(yōu)化參數(shù)建立用于強度有限元分析的線框模型及用于主結(jié)構(gòu)建模的骨架模型；
55、根據(jù)線框模型和骨架模型進行三維數(shù)字樣機建模。
[0007]較佳的，步驟S3中的公式包括解析法公式和經(jīng)驗公式。
[0008]較佳的，步驟S4具體包括:
541、對線框模型進行有限元強度分析；
542、根據(jù)有限元強度分析的結(jié)果，在骨架模型的基礎(chǔ)上進行三維數(shù)字樣機建模。
[0009]較佳的，步驟S3中的對結(jié)構(gòu)構(gòu)型進行迭代優(yōu)化包括:調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對結(jié)構(gòu)構(gòu)型進行迭代優(yōu)化；
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中存儲有:優(yōu)化參數(shù)數(shù)據(jù)、三維數(shù)字樣機數(shù)據(jù)、有限元分析數(shù)據(jù)、材料屬性數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)以及設(shè)計過程參數(shù)。
[0010]通過本發(fā)明，固化結(jié)構(gòu)經(jīng)典解析計算方法和經(jīng)驗公式，采用迭代計算的方法在設(shè)計初期就能開展設(shè)計優(yōu)化工作，結(jié)構(gòu)主參數(shù)自動計算優(yōu)化，從而大大提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率。
[0011]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1所示的是本發(fā)明的流程圖；
圖2所示的是本發(fā)明第一實施例的鉚接艙體初步快速設(shè)計優(yōu)化模塊流程圖；
圖3所示的是本發(fā)明第二實施例的貯箱結(jié)構(gòu)初步快速設(shè)計優(yōu)化模塊流程圖。
[0013]
【具體實施方式】
[0014]以下將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本發(fā)明的一部分實例，并不是全部的實例，基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0015]為了便于對本發(fā)明實施例的理解，下面將結(jié)合附圖以具體實施例為例作進一步的解釋說明，且各個實施例不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。
[0016]參見圖1，本發(fā)明的大型結(jié)構(gòu)快速設(shè)計優(yōu)化方法主要步驟包括:
51、獲取總體基本參數(shù)，并根據(jù)所獲取的總體基本參數(shù)確定結(jié)構(gòu)構(gòu)型；
52、獲取荷載條件，根據(jù)最嚴(yán)酷的工況，計算得到大型結(jié)構(gòu)的等效軸壓載荷；
53、利用解析法優(yōu)化設(shè)計算法對結(jié)構(gòu)構(gòu)型進行優(yōu)化，包括:根據(jù)等效軸壓載荷設(shè)定初始條件，通過公式選取重量、強度剩余系數(shù)或剛度為判據(jù)，對結(jié)構(gòu)構(gòu)型進行迭代優(yōu)化，得到多組優(yōu)化參數(shù)；
54、選取合適的優(yōu)化參數(shù)建立用于強度有限元分析的線框模型及用于主結(jié)構(gòu)建模的骨架模型；
55、根據(jù)線框模型和骨架模型進行三維數(shù)字樣機建模。
[0017]參見圖2，本發(fā)明一較佳實施例中，鉚接結(jié)構(gòu)快速設(shè)計優(yōu)化流程包括艙段總體定義、載荷計算和艙段布局計算等三部分。
[0018]艙段總體定義主要是輸入總體專業(yè)對艙體的外形尺寸、開口要求以及艙體之間的對接要求等，設(shè)計師根據(jù)總體開口布局等輸入，確定艙體構(gòu)型。載荷計算主要是對載荷專業(yè)提供的艙體的各截面載荷進行計算，輸入載荷專業(yè)提供的艙體的各截面載荷，之后進行計算，取最嚴(yán)酷工況，得到艙體的等效軸壓載荷。根據(jù)載荷及總體開口情況確定艙體結(jié)構(gòu)布局(如框距等)，設(shè)定設(shè)計初始條件(如重量、強度剩余系數(shù)、剛度判據(jù)等)。艙段布局計算為本方法的核心模塊，主要利用了解析法優(yōu)化設(shè)計算法計算了艙體的總體及局部穩(wěn)定性，并校核了中間框的剛度。選擇桁條類型，通過理論公式集成模塊計算艙體承載能力，以設(shè)定好的判據(jù)進行判斷，設(shè)計優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)。優(yōu)化迭代完成后，得到多組滿足總體要求及優(yōu)化要求的結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成鉚接結(jié)構(gòu)快速設(shè)計優(yōu)化。設(shè)計師能夠根據(jù)優(yōu)化結(jié)果選取合適的最終參數(shù)，直接用于三維模型的建立。
[0019]參見圖3，本發(fā)明另一較佳實施例中，貯箱結(jié)構(gòu)快速設(shè)計優(yōu)化流程包括短殼設(shè)計優(yōu)化、箱底設(shè)計優(yōu)化和筒段設(shè)計優(yōu)化等三部分。[0020]所述短殼設(shè)計優(yōu)化主要由載荷設(shè)計、參數(shù)優(yōu)化設(shè)計和端框設(shè)計等3部分組成。其中參數(shù)優(yōu)化設(shè)計為核心模塊，主要利用了解析法優(yōu)化設(shè)計算法開展短殼主要參數(shù)的優(yōu)化，設(shè)計師能夠根據(jù)優(yōu)化結(jié)果選取合適的最終參數(shù)，直接用于三維模型的建立。
[0021]所述箱底設(shè)計優(yōu)化主要由載荷設(shè)計、箱底參數(shù)計算、頂蓋設(shè)計、圓環(huán)設(shè)計、叉形環(huán)設(shè)計和法蘭設(shè)計等6個模塊組成。箱底的計算沒有短殼設(shè)計復(fù)雜，因此參數(shù)計算較為簡單。箱底設(shè)計的重點在于箱底開口的設(shè)計和布局。在該模塊會自動調(diào)用貯箱總體設(shè)計時的開口布局，設(shè)計師定義好開口類型以及法蘭類型之后可以直接建立較為完整的三維數(shù)字樣機。
[0022]所述筒段設(shè)計優(yōu)化與短殼優(yōu)化設(shè)計類似，主要由載荷設(shè)計、參數(shù)優(yōu)化設(shè)計和筒段壁板設(shè)計等組成。其中參數(shù)優(yōu)化設(shè)計為核心模塊，主要利用了解析法優(yōu)化設(shè)計算法開展筒段主要參數(shù)的優(yōu)化，設(shè)計師能夠根據(jù)優(yōu)化結(jié)果選取合適的最終參數(shù)，直接用于三維模型的建立。
[0023]根據(jù)總體開口布局等輸入，設(shè)計師確定貯箱結(jié)構(gòu)構(gòu)型(含貯箱焊縫布置)。載荷處理，設(shè)定設(shè)計初始條件(如重量、強度剩余系數(shù)、剛度判據(jù)、載荷條件等)。通過理論公式，以設(shè)定好的判據(jù)進行判斷，設(shè)計優(yōu)化各部段結(jié)構(gòu)參數(shù)。優(yōu)化迭代完成得到多組滿足總體要求及優(yōu)化要求的結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成貯箱結(jié)構(gòu)快速設(shè)計優(yōu)化。
[0024]通過本發(fā)明，固化結(jié)構(gòu)經(jīng)典解析計算方法和經(jīng)驗公式，采用迭代計算的方法在設(shè)計初期就能開展設(shè)計優(yōu)化工作，結(jié)構(gòu)主參數(shù)自動計算優(yōu)化，從而大大提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率。
[0025]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種大型結(jié)構(gòu)快速設(shè)計優(yōu)化方法，其特征在于，包括步驟: 51、獲取總體基本參數(shù)，并根據(jù)所獲取的總體基本參數(shù)確定結(jié)構(gòu)構(gòu)型； 52、獲取荷載條件，根據(jù)最嚴(yán)酷的工況，計算得到所述大型結(jié)構(gòu)的等效軸壓載荷； 53、利用解析法優(yōu)化設(shè)計算法對所述結(jié)構(gòu)構(gòu)型進行優(yōu)化，包括:根據(jù)所述等效軸壓載荷設(shè)定初始條件，通過公式選取重量、強度剩余系數(shù)或剛度為判據(jù)，對結(jié)構(gòu)構(gòu)型進行迭代優(yōu)化，得到多組優(yōu)化參數(shù)； 54、選取合適的優(yōu)化參數(shù)建立用于強度有限元分析的線框模型及用于主結(jié)構(gòu)建模的骨架模型； 55、根據(jù)所述線框模型和所述骨架模型進行三維數(shù)字樣機建模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型結(jié)構(gòu)快速設(shè)計優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S3中的所述公式包括解析法公式和經(jīng)驗公式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型結(jié)構(gòu)快速設(shè)計優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S4具體包括: 541、對線框模型進行有限元強度分析； 542、根據(jù)有限元強度分析的結(jié)果，在骨架模型的基礎(chǔ)上進行三維數(shù)字樣機建模。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大型結(jié)構(gòu)快速設(shè)計優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S3中的所述對結(jié)構(gòu)構(gòu)型進行迭代優(yōu)化包括:調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對結(jié)構(gòu)構(gòu)型進行迭代優(yōu)化； 所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中存儲有:優(yōu)化參數(shù)數(shù)據(jù)、三維數(shù)字機樣數(shù)據(jù)、有限元分析數(shù)據(jù)、材料屬性數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)以及設(shè)計過程參數(shù)。
【文檔編號】G06F17/50GK103870634SQ201410061453
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】陳鳴亮, 王金童, 趙學(xué)成, 李茂 , 張振濤, 張醒, 李 昊, 呂榕新, 唐杰, 張修科 申請人:上海宇航系統(tǒng)工程研究所