考虑传力路径的航天结构多部段协同优化设计
发布时间：2021-03-30 09:32
随着我国运载火箭设计水平的长足发展和载人登月、深空探测等国家重大安全需求,运载火箭结构系统的复杂程度显著提高,相关舱段和零部件数量增多,导致面向多部段的结构优化设计难度剧增。运载火箭中均采用多部段结构,对其进行分析与优化往往面临有限元分析模型规模大,结构优化设计变量多,优化时间成本巨大等一系列挑战。在传统工程设计手段中,对航天筒壳结构均匀加筋,即结构敏感区域与非敏感区域采用相同设计,在非敏感区域难免造成材料浪费,不利于实现航天结构减重设计。分区设计与不均匀加筋设计可以充分挖掘结构承载潜力,是提高航天承载结构精细化设计水平的重要手段。本文以火箭助推段为研究对象,基于ABAQUS软件建立多部段的三维有限元壳体模型。引入广义结构刚度U*的概念,通过循环固支结构每个节点得到整体结构的广义结构刚度云图,提出三维结构的主传力路径提取方法。将结构按照单元从上到下分层,通过拟合每层的最小广义结构刚度值所在节点得到助推结构的主传力路径。利用均匀性评价指标比较实际传力路径与理想传力路径之间的差别,并结合结构应力分析与拓扑优化对结构进行合理分区。在此基础上,首先基于代理模型和最小化响应...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 传力路径分析
1.2.2 加筋结构优化设计研究
1.3 本文的主要研究内容
2 传力路径分析方法与加筋结构屈曲优化方法
*）的结构传力路径分析方法"> 2.1 基于广义结构刚度（U*）的结构传力路径分析方法
2.2 加筋结构屈曲优化方法介绍
2.2.1 特征值屈曲
2.2.2 代理模型方法
2.3 本章小结
3 考虑传力路径的航天多部段结构分区协同优化
3.1 助推结构传力路径分析
3.1.1 助推模型描述
3.1.2 基于广义结构刚度的传力路径分析
3.2 结合应力分析与拓扑优化的航天多部段结构分区
3.2.1 助推结构应力分析
3.2.2 助推结构拓扑优化计算
3.2.3 助推结构分区
3.3 斜锥段与直筒段联合优化设计
3.3.1 分区参数化建模模型描述
3.3.2 未分区斜锥段与直筒段联合优化设计
3.3.3 分区斜锥段与直筒段联合优化设计
3.4 本章小结
4 航天多部段结构非均匀加筋优化设计
4.1 斜锥段非均匀加筋优化设计
4.1.1 基于PCHIP插值的非均匀加筋方法
4.1.2 分区结构非均匀加筋优化设计
4.1.3 未分区斜锥段非均匀加筋优化设计
4.2 斜锥段加筋优化结果对比
4.3 基于传力路径的放样曲面加筋设计
4.3.1 放样曲面段正置正交加筋设计
4.3.2 基于传力路径的放样曲面加筋角度设计
4.4 本章小结
5 结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
攻读硕士学位期间获奖情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴压薄壁加筋圆柱壳结构优化设计研究[J]. 毛佳,江振宇,陈广南,张为华. 工程力学. 2011(08)
[2]重型运载火箭及其应用探讨[J]. 何巍,刘伟,龙乐豪. 导弹与航天运载技术. 2011(01)
[3]网格整体加筋贮箱圆筒壳结构优化设计[J]. 周思达,刘莉,朱华光. 南京航空航天大学学报. 2010(03)
[4]矩形加筋圆柱壳轴压屈曲承载力优化[J]. 龙连春,陈兴华,傅向荣,剧锦三. 中国农业大学学报. 2009(04)
[5]轴外压作用下复合材料网格加筋柱壳蒙皮铺层和筋条角度优化分析[J]. 马斌捷,盛祖铭,贾亮,王淑范. 导弹与航天运载技术. 2009(01)
[6]中国新一代运载火箭发展展望[J]. 李东,程堂明. 中国航天. 2008(02)
[7]复合材料加筋结构的神经网络响应面优化设计[J]. 李烁,徐元铭,张俊. 机械工程学报. 2006(11)
[8]结构拓扑优化的发展及其模型转化为独立层次的迫切性[J]. 隋允康,叶红玲,杜家政. 工程力学. 2005(S1)
[9]先进复合材料格栅圆柱壳优化设计的混合遗传算法[J]. 张志峰,陈浩然,李煊,蒋元兴. 复合材料学报. 2005(02)
[10]薄壁加筋肋圆柱壳稳定性分析的参数化研究[J]. 赵振,刘才山,陈滨,张永. 力学与实践. 2004(02)
博士论文
[1]面向新一代运载火箭的网格加筋柱壳结构优化研究[D]. 郝鹏.大连理工大学 2013
[2]结构多性能优化设计及其在航天结构设计中的应用[D]. 王斌.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]异形燃料贮箱稳定性分析及优化设计[D]. 王正华.大连理工大学 2018
[2]多学科设计优化代理模型技术的研究和应用[D]. 穆雪峰.南京航空航天大学 2004
本文编号：3109295
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 传力路径分析
1.2.2 加筋结构优化设计研究
1.3 本文的主要研究内容
2 传力路径分析方法与加筋结构屈曲优化方法
*）的结构传力路径分析方法"> 2.1 基于广义结构刚度（U*）的结构传力路径分析方法
2.2 加筋结构屈曲优化方法介绍
2.2.1 特征值屈曲
2.2.2 代理模型方法
2.3 本章小结
3 考虑传力路径的航天多部段结构分区协同优化
3.1 助推结构传力路径分析
3.1.1 助推模型描述
3.1.2 基于广义结构刚度的传力路径分析
3.2 结合应力分析与拓扑优化的航天多部段结构分区
3.2.1 助推结构应力分析
3.2.2 助推结构拓扑优化计算
3.2.3 助推结构分区
3.3 斜锥段与直筒段联合优化设计
3.3.1 分区参数化建模模型描述
3.3.2 未分区斜锥段与直筒段联合优化设计
3.3.3 分区斜锥段与直筒段联合优化设计
3.4 本章小结
4 航天多部段结构非均匀加筋优化设计
4.1 斜锥段非均匀加筋优化设计
4.1.1 基于PCHIP插值的非均匀加筋方法
4.1.2 分区结构非均匀加筋优化设计
4.1.3 未分区斜锥段非均匀加筋优化设计
4.2 斜锥段加筋优化结果对比
4.3 基于传力路径的放样曲面加筋设计
4.3.1 放样曲面段正置正交加筋设计
4.3.2 基于传力路径的放样曲面加筋角度设计
4.4 本章小结
5 结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
攻读硕士学位期间获奖情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴压薄壁加筋圆柱壳结构优化设计研究[J]. 毛佳,江振宇,陈广南,张为华. 工程力学. 2011(08)
[2]重型运载火箭及其应用探讨[J]. 何巍,刘伟,龙乐豪. 导弹与航天运载技术. 2011(01)
[3]网格整体加筋贮箱圆筒壳结构优化设计[J]. 周思达,刘莉,朱华光. 南京航空航天大学学报. 2010(03)
[4]矩形加筋圆柱壳轴压屈曲承载力优化[J]. 龙连春,陈兴华,傅向荣,剧锦三. 中国农业大学学报. 2009(04)
[5]轴外压作用下复合材料网格加筋柱壳蒙皮铺层和筋条角度优化分析[J]. 马斌捷,盛祖铭,贾亮,王淑范. 导弹与航天运载技术. 2009(01)
[6]中国新一代运载火箭发展展望[J]. 李东,程堂明. 中国航天. 2008(02)
[7]复合材料加筋结构的神经网络响应面优化设计[J]. 李烁,徐元铭,张俊. 机械工程学报. 2006(11)
[8]结构拓扑优化的发展及其模型转化为独立层次的迫切性[J]. 隋允康,叶红玲,杜家政. 工程力学. 2005(S1)
[9]先进复合材料格栅圆柱壳优化设计的混合遗传算法[J]. 张志峰,陈浩然,李煊,蒋元兴. 复合材料学报. 2005(02)
[10]薄壁加筋肋圆柱壳稳定性分析的参数化研究[J]. 赵振,刘才山,陈滨,张永. 力学与实践. 2004(02)
博士论文
[1]面向新一代运载火箭的网格加筋柱壳结构优化研究[D]. 郝鹏.大连理工大学 2013
[2]结构多性能优化设计及其在航天结构设计中的应用[D]. 王斌.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]异形燃料贮箱稳定性分析及优化设计[D]. 王正华.大连理工大学 2018
[2]多学科设计优化代理模型技术的研究和应用[D]. 穆雪峰.南京航空航天大学 2004
本文编号：3109295
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