[发明专利]一种用于联合测姿系统安装平台的结构轻量化设计方法

说明书

本发明涉及一种用于联合测姿系统安装平台的结构轻量化设计方法，步骤为：1、构建联合测姿系统安装平台的简化有限元模型，并设置材料属性；2、根据工程设计经验，确定拓扑优化设计域；3、根据实际安装平台受载和连接情况，确定边界条件；4、以体积分数最小为目标，结构弯曲刚度为约束，以单元密度为设计变量构建联合测姿系统安装平台拓扑优化数学模型，通过拓扑优化得出其传力路径；5、根据传力路径，构建联合测姿系统安装平台2D有限元模型；6、以质量最小为目标、结构弯曲刚度为约束、厚度尺寸为设计变量构建联合测姿系统安装平台不确定性优化问题数学模型，并利用SRO算法进行求解；7、进行重新建模，得出优化后的产品模型。

技术领域

本发明属于联合测姿系统结构设计领域，特别涉及一种用于联合测姿系统安装平台的结构轻量化设计方法。

背景技术

联合测姿系统由瞄准光管设备、惯导设备和安装平台组成，可实现非接触目标姿态测量。联合测姿系统的轻量化设计有利于设备的搬运和安装，具有较大的实际工程意义。由于瞄准光管设备和惯导设备集成度较高，设备轻量化空间较小，因此，安装平台是联合测姿系统最具轻量化潜力的部分。

专利号为CN 108038344 B的《一种基于拓扑优化的液氢罐箱支撑结构设计方法》以刚度最大为优化目标，以结构的体积为约束构建拓扑优化模型。根据拓扑优化结果，构建新的支撑构型，在实现轻量化的同时改善了整体结构的应力分布。该发明专利在拓扑优化时采用的是实体单元，计算效率低，而且，在确定最终构型时依靠人为选择去除材料的区域，给优化方案引入了很大的风险。

专利号为CN 109255144 B的《一种起落架刹车构件轻量化设计方法》针对起落架刹车构件构建四阶响应面模型，并采用多岛遗传算法对优化问题进行求解。专利号为CN111007113 B的《一种金属氧化物半导体气体传感器结构优化设计方法》针对金属氧化物半导体气体传感器结构以结构最大应力最小化为目标，以结构体积为约束构建拓扑优化模型，通过拓扑结果构建新结构。

纵观当前专利，大多数有限元结构轻量都是基于确定性假设，有限元模型的参数都严格等于设计值。然而，在实际的生产制造过程中，生产工艺的波动、材料属性的不确定性和模型的误差等因素都会给优化设计带来不确定性，优化方案存在很大潜在风险。针对此问题，设计人员在结构仿真优化时会遵循保守判定原则，这会使得优化得到的方案偏保守，压缩了结构轻量化的空间。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种可实现产品高刚度和低质量的用于联合测姿系统安装平台的结构轻量化设计方法。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：

一种用于联合测姿系统安装平台的结构轻量化设计方法，该方法适用的联合测姿系统安装平台的结构特点为：平台上具有左、中、右三个负载安装区，左右两负载安装区各具有六个安装平面，中间负载安装区具有四个安装平面，在每个安排平面处设置有螺纹孔，在联合测姿系统安装平台的两端各具有两个方槽，在方槽部位具有螺纹孔；

包括如下步骤：

步骤1：利用有限元建模软件构建联合测姿系统安装平台的简化有限元模型，并设置材料属性；

步骤2：根据工程设计经验，确定拓扑优化设计域；

步骤3：根据实际安装平台受载和连接情况，确定边界条件；

步骤4：以体积分数最小为目标，结构弯曲刚度为约束，以单元密度为设计变量构建联合测姿系统安装平台拓扑优化数学模型，通过拓扑优化得出其传力路径；

步骤5：根据拓扑优化得出的传力路径，构建联合测姿系统安装平台2D有限元模型；

步骤6：以质量最小为目标，以结构弯曲刚度为约束，以厚度尺寸为设计变量构建联合测姿系统安装平台不确定性优化问题数学模型，并利用SRO算法进行求解；