链接:航天器整流罩结构分析与优化 (一)

    整流罩初始设计方案的一阶屈曲因子0.66离设计要求的1.5差距较远，如果采用传统的设计方法，修改一次整流罩前锥后锥的厚度尺寸重新计算一次，厚度尺寸大小的选择没有方向性，势必会延长设计周期，增大计算工作量，同时也不能保证结构质量的要求。
    为了能够一次设计就能够满足设计要求，可以通过优化设计的方式得到结构主要尺寸。通过分析整流罩的结构特点，确定选用整流罩壳体前锥厚度和后锥厚度 2个结构参数作为优化的设计变量，在保证壳体与其它部件之间不发生干涉的条件下确定结构参数的最大最小变化范围，同时为了加快优化迭代的速度，结合复合材料铺层的工艺实现对每个设计变量设置离散迭代增量，各设计变量初始设计大小，离散迭代增量大小和取值范围见表3所示。

    本文以整流罩质量最小为目标，同时满足弯矩最大工况壳体应力不大于55MPa 和外压最大工况一阶屈曲因子大于1.5两个约束条件，采用OptiStruct来对整流罩进行多工况的尺寸优化设计。

    整流罩质量随迭代次数的变化历程见图6，经过7步迭代后计算收敛，整流罩质量由初始设计方案的6.8kg 增加到8.2kg，增加20%。设计变量优化前后的数值见表4，经过优化后，整流罩壳体在弯矩最大工况最大位移3.1mm，位移云图见图7；最大应力52MPa，应力云图见图8；在外压最大工况一阶屈曲因子由0.66提升至1.53，升高132.8%，屈曲变形云图见图9，结构强度、刚度和稳定性满足设计要求。  

      本文通过对某航天器整流罩初始设计方案弯矩最大和外压最大两个工况进行分析，发现整流罩壳体一阶屈曲因子较低，结构容易发生屈曲，稳定性不满足设计要求。为了保证后续设计一次成功，同时使结构质量最轻，采用OptiStruct优化技术对整流罩前锥厚度和后锥厚度进行尺寸优化设计，优化后的结果满足整体强度、刚度和稳定性要求，验证了HyperWorks强大的分析和优化技术在航天器整流罩结构设计中的适用性和有效性。

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