Методика определения расположения межпанельных кронштейнов корпуса космического аппарата с использованием топологической оптимизации

Приведена методика оперативного определения минимального числа межпанельных кронштейнов негерметичного корпуса космического аппарата и мест их установки с помощью топологической оптимизации для удовлетворения требований динамической совместимости космического аппарата с ракетой-носителем. Кронштейны предназначены для соединения между собой сотовых панелей корпуса космического аппарата, являющихся основой конструктивно-силовой схемы его корпуса. Методику следует использовать на ранних этапах проектирования изделий (аванпроект и эскизный проект) для оперативного получения конструктивно-силовой схемы. Приведены общий подход к использованию методики, а также ее подробное описание на примере тестовой задачи с применением программного пакета MSC.Patran/Nastran. Математически сформулирована задача оптимизации и описан выбор ее параметров. Приведены основные достоинства и недостатки данной методики по сравнению с классическим применением топологической оптимизации. Результаты, полученные по предлагаемой методике, можно использовать как рекомендации при разработке конструкторской документации инженерами-конструкторами. Указано возможноедальнейшее развитие методики
Работа поддержана грантом РФФИ № 17-08-01468a

Литература

[1] SOYUZ User’s Manual. ST-GTD-SUM-01. Issue 3-revision 0. Arianespace, 2001.

[2] Floudas C.A., Pardalos P.M., eds. Encyclopedia of optimization. New York, Springer, 2009.

[3] Bendsоe M.P., Sigmund O. Topology optimization. Theory, methods and application. Springer, 2004.

[4] Zhu J.H., Zhang W.H., Xia L. Topology optimization in aircraft and aerospace structures design. Arch. Computat. Methods Eng., 2016, vol. 23, no. 4, pp. 595--622. DOI: 10.1007/s11831-015-9151-2

[5] Remouchamps A., Bruyneel M., Fleury C., et al. Application of a bi-level scheme including topology optimization to the design of an aircraft pylon. Struct. Multidisc. Optim., 2011, vol. 44, no. 6, pp. 739--750. DOI: 10.1007/s00158-011-0682-3

[6] Brackett D., Ashcroft I., Hague R. Topology optimization for additive manufacturing. Loughborough University Institutional Repository, 2011.

[7] Поддубко С.Н., Шмелев А.В., Ивченко В.И. и др. Компьютерное проектирование несущих конструкций машин с применением средств топологической оптимизации. Актуальные вопросы машиноведения, 2016, № 5, с. 86--90.

[8] Комаров В.А., Кишов Е.А., Чарквиани Р.В. Топологическая оптимизация в проектировании высоконагруженных узлов авиационных конструкций. Полет, 2018, № 8, с. 16--23.

[9] Хитрин А.М., Ерофеева М.М., Туктамышев В.Р. и др. Топологическая оптимизация корпусных деталей вертолетного редуктора. Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, 2018, № 53, с. 43--51.

[10] 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

[11] Боровиков А.А., Тушев О.Н. Разработка силовой конструкции космического аппарата с использованием топологической оптимизации для двух вариантов технологии изготовления. Инженерный журнал: наука и инновации, 2018, № 9, с. 1--13. DOI: 10.18698/2308-6033-2018-9-1807

[12] MSC Nastran 2004. Reference manual. URL: https://simcompanion.mscsoftware.com/infocenter/index?page=content&id=DOC9188 (дата обращения: 24.03.2019).

[13] Rozvany G.I.N. Aims, scope, methods, history and unified terminology of computer-aided topology optimization in structural mechanics. Struct. Multidisc. Optim., 2001, vol. 21, no. 2, pp. 90--108. DOI: 10.1007/s001580050174

[14] MSC Nastran 2013. Design sensitivity and optimization. User’s guide. URL: https://simcompanion.mscsoftware.com/infocenter/index?page=content&id=DOC10355&cat=MSC__MD_NASTRAN_DOCUMENTATION&actp=LIST (дата обращения: 24.03.2019).