Разработка силовой конструкции космического аппарата с использованием топологической оптимизации для двух вариантов технологии изготовления
Авторы: Боровиков А.А., Тушев О.Н.
Опубликовано в выпуске: #9(81)/2018
DOI: 10.18698/2308-6033-2018-9-1807
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
Проведен сравнительный анализ подходов к разработке силовых конструкций с использованием топологической оптимизации (ТО) для двух вариантов изготовления переходного отсека космического аппарата (ПО КА). В первом варианте конструкция предназначена для изготовления c применением аддитивных технологий, во втором — традиционными методами (механическая обработка, сварка и т. д.). В качестве решателя использован программный пакет MSC Nastran. Рассмотрены проблемы применения ТО при разработке конструкции и пути их решения. Указаны метод ТО, проектные переменные, ограничения и целевая функция. Даны рекомендации по подготовке начальной модели и выбору параметров алгоритма ТО для рассмотренных вариантов. Приведено подробное описание каждого этапа разработки конструкции. При сравнении полученных конструкций показаны преимущества и недостатки подходов. По результатам проведенного анализа сделаны выводы о целесообразности использования ТО для разработки конструкции ПО КА. Дополнительно даны рекомендации по использованию ТО при изготовлении конструкции традиционными методами в условиях недостаточности информации о разрабатываемом изделии
Литература
[1] Floudas C.A., Pardalos P.M., eds. Encyclopedia of Optimization. 2nd edition. New York, Springer, 2009, 4626 p.
[2] Bendsøe M.P., Sigmund O. Topology Optimization. Theory, Methods and Application. 2nd edition. Berlin, Springer, 2004, 370 p.
[3] Zhihao Zuo. Topology Optimization of Periodic Structures. School of Civil, Environmental and Chemical Engineering. College of Science Engineering and Health. RMIT University, 2009, 239 p.
[4] Применение программных продуктов Altair HyperWorks в авиакосмической отрасли. Altair Engineering, Inc., ООО «Лаборатория «Вычислительная механика», 2012. URL: http://assets.fea.ru/uploads/hyperworks/materials/aerospace/CaseStudy_Aerospace_RU.pdf (дата обращения 17.04.2018).
[5] Поддубко С.Н., Шмелев А.В., Ивченко В.И., Заболоцкий М.М., Труханов Л.И., Хацкевич А.С. Компьютерное проектирование несущих конструкций машин с применением средств топологической оптимизации. Актуальные вопросы машиноведения, 2016, № 5, с. 86–90.
[6] Chang K.-H., Tang P.-S. Advances in Engineering Software, 2001, no. 32, pp. 555–567.
[7] Васильев Б.Е., Магеррамова Л.А. Анализ возможности применения топологической оптимизации при проектировании неохлаждаемых рабочих лопаток турбин. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, 2015, № 3, с. 139–147. DOI: 10.18287/2412-7329-2015-14-3-139-147
[8] Brackett D., Ashcroft I., Hague R. Topology Optimization for Additive Manufacturing. Loughborough University Institutional Repository, 2011, 348 p.
[9] Zuo K.T., Chen L.P., Zhang Y.Q., Yang J. Manufacturing- and Machining-Based Topology Optimization. Int. J. Advd. Mfg. Technol., 2006, no. 27, pp. 531–536.
[10] Lu J., Chen Y. Manufacturable Mechanical Part Design with Constrained Topology Optimization. Proc. Inst. Mech. Eng., Part B, J. Eng. Manuf., 2002, no. 226, pp. 1727–1735.
[11] MSC Nastran 2013. Design Sensitivity and Optimization User’s Guide. URL: https://simcompanion.mscsoftware.com/infocenter/index?page=content&id=DOC10355&cat=MSC_NASTRAN_DOCUMENTATION_2013&actp=LIST (дата обращения 07.11.2014).
[12] Боровиков А.А., Тененбаум С.М. Топологическая оптимизация переходного отсека КА. Аэрокосмический научный журнал, 2016, № 5, с. 16–30. DOI: 10.7463/aersp.0516.0847780 (дата обращения 17.04.2018).
[13] Максимов П.В., Фетисов К.В. Анализ методов доработки конечно-элементной модели после топологической оптимизации. Международный научно-исследовательский журнал, 2016, № 9, с. 58–60. DOI: 10.18454/IRJ.2016.51.102 (дата обращения 17.04.2018).