Preview

Аэрокосмический научный журнал

Расширенный поиск

Топологическая оптимизация переходного отсека КА

https://doi.org/10.7463/aersp.0516.0847780

Полный текст:

Аннотация

Введение

Предметом исследования в работе является топологическая оптимизация проставки переходного отсека космического аппарата. Обоснована актуальность применения конечно-элементной топологической оптимизации [1] и приведены примеры применения её в практике [6,7]. Утверждается, что используя этот метод совместно с аддитивными технологиями (3д-печать) возможно создать конструкции с лучшими весовыми характеристиками. Целью исследования является изучение параметров алгоритмов топологической оптимизации и влияние их вариаций на получаемую конструкцию.

1. Описание задачи

Численные расчёты проводились в коммерческом программном комплексе Altair HyperWorks/OptiStruct. Подробно описана конечно-элементная модель исследуемого объекта.

Основные особенности предложенной модели:

–       простата, не имеет сложной геометрии;

–       построение конечно-элементной модели с учётом минимизации машинного времени;

–       использование сосредоточенных масс для моделирования воздействий сопряженных объектов на проставку;

–       сниженный на порядок предел прочности материала для устранения концентраторов напряжения;

–       использование максимальных перегрузок, действующих со стороны РН Ангара А5 [8].

2. Метод решения

Приведено краткое описание SIMP-метода, используемое в программе.

3. Полученные результаты

Проведены численные расчёты и показано влияние вариаций параметров алгоритма (DISCRETE, MATINIT, MINDIM, MAXDIM) на конструкцию, а также использование параметров SINGLE и SPLIT, показывающие ограничения на производство.

Показано, что в зависимости от вариаций параметров проставка стремится к ферменной или оболочной конструкции. Описано, как проконтролировать размеры получаемых стенок, стержней, а также как получить нужный тип конструкции.

Проведён проверочный расчёт на прочность, доказывающий работоспособность конструкции. Результаты исследования сведены в таблицу.

4. Заключение

Полученные результаты говорят о необходимости варьирования параметров алгоритма топологической оптимизации. Получилось несколько вариантов рациональной конструкции, которые будут в дальнейшем более детально оптимизированы (оптимизация формы и размеров) и проработаны в CAD-системе.

В результате работы расчётную массу конструкции удалось снизить более чем на 30%.

Об авторах

А. А. Боровиков
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия


С. М. Тененбаум
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия


Список литературы

1. Bendsøe M.P., Sigmund O. Topology optimization: Theory, methods and applications. B.; L.; N.Y.: Springer, 2003. 370 p.

2. Zuo Z. Topology optimization of periodic structures. Doct. diss. Melbourne: RMIT Univ., 2009. 228 p.

3. Сысоева В.В., Чедрик В.В. Алгоритмы оптимизации топологии силовых конструкций // Учёные записки ЦАГИ. 2011. Т.42. № 2. С. 91-102. Режим доступа: http://cyberleninka.ru/article/n/algoritmy-optimizatsii-topologii-silovyh-konstruktsiy (дата обращения 10.09.2016).

4. Bendsøe M.P., Sigmund O. Material interpolation schemes in topology optimization // Archive of Applied Mechanics. 1999. Vol. 69. Iss. 9-10. P. 635-654. Availaible at: http://www.giref.ulaval.ca/~deteix/bois/documents_references/bendsoe1999.pdf (accessed 10.09.2016).

5. Bendsøe M.P., Kikuchi N. Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1988. Vol. 71. № 2. Pp. 197-224. Availaible at: https://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/handle/2027.42/27079/0000070.pdf?sequence=1 (accessed 10.09.2016). DOI: 10.1016/0045-7825(88)90086-2

6. Васильев Б.Е., Магеррамова Л.А. Анализ возможности применения топологической оптимизации при проектировании неохлаждаемых рабочих лопаток турбин // Вестник Самарского гос. аэрокосмического ун-та им. акад. С.П. Королева. 2015. Т.14. № 3. Ч.1. Режим доступа: http://journals.ssau.ru/index.php/vestnik/article/view/2822/2794 (дата обращения 10.09.2016). DOI: 10.18287/2412-7329-2015-14-3-139-147

7. Mohd Nizam Sudin, Musthafan Mohd Tahir, Faiz Redza Ramli, Shamsul Anuar Shamsuddin. Topology optimization in automotive brake pedal redesign // International Journal of Engineering and Technology (IJET). 2014. Vol. 6. № 1. Pp. 398-402. Available at: http://www.enggjournals.com/ijet/docs/IJET14-06-01-703.pdf (accessed 10.09.2016).

8. Angara Launch System Mission Planner’s Guide. Intern. Launch Services, [2002].

9. MSC Nastran 2013. Design Sensitivity and Optimization User’s Guide. 5th ed. Santa Ana: MSC.Software Corp., 2013 706 p.

10. Ponginan R. Practical aspects of structural optimization. A Study Guide. 2nd ed. E-book. Altair Univ., 2015.


Для цитирования:


Боровиков А.А., Тененбаум С.М. Топологическая оптимизация переходного отсека КА. Аэрокосмический научный журнал. 2016;2(5):16-30. https://doi.org/10.7463/aersp.0516.0847780

For citation:


Borovikov A.A., Tenenbaum S.M. Topology Optimization of Spacecraft Transfer Compartment. Aerospace Scientific Journal. 2016;2(5):16-30. (In Russ.) https://doi.org/10.7463/aersp.0516.0847780

Просмотров: 346


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2413-0982 (Online)