面向增材制造的卫星发动机支架底盘一体化方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种面向增材制造的卫星发动机支架底盘一体化方法和系统，包括：在卫星发动机支架底盘原始设计的基础上，将底盘与接头整合为一个零件；对非设计空间和设计空间进行定义；定义结构的材料属性，根据零件的工况条件设置边界条件及形状控制约束，以最大刚度为优化目标进行优化求解，获得优化模型和优化设计结果；以优化设计结果为参考进行模型再设计，得到实体模型；结合增材制造工艺约束，对实体模型进行考核，对不符合设计要求的部分进行改进；对改进后的实体模型进行力学性能校核，若不符合预期效果，则进行修改迭代，直至分析结果符合预期。本发明专利技术开展一体化集成设计，实现了卫星发动机支架底盘结构轻量化。现了卫星发动机支架底盘结构轻量化。现了卫星发动机支架底盘结构轻量化。

【技术实现步骤摘要】
面向增材制造的卫星发动机支架底盘一体化方法和系统


[0001]本专利技术涉及卫星结构设计
，具体地，涉及一种面向增材制造的卫星发动机支架底盘一体化方法和系统。

技术介绍

[0002]随着卫星技术的发展，对卫星结构轻量化的要求越来越高。结构分系统是卫星的重要组成部分，占卫星整体重量的比例约为12％～15％，因而通过卫星结构分系统的轻量化设计来实现减重是相当可观的，通过优化设计结构构型是实现结构轻量化的重要途径。
[0003]增材制造技术相比传统制备工艺有相对较少的制造约束，为结构优化设计提供了极大的自由度，使得结构轻量化、一体化设计得到了极大程度的解放，因此发展面向增材制造的轻量化、一体化设计技术具有广阔的应用前景。
[0004]卫星发动机支架是用于推力发动机的安装结构，在卫星发动机支架的设计中，希望在满足强度和刚度的条件下，尽可能减轻其重量。
[0005]专利文献CN106184038A(申请号：CN201510220170.5)公开了一种设置加固底座的一体化汽车底盘附件支架，用于汽车底盘固定汽车附件的支架在支架管下方设置为一体向四周扩张的阔口座，与阔口座吻合一致的加固底座通过与之为一体的卡套卡装在支架管下方的卡圈槽内，加固底座与阔口座设置吻合相扣的向上突起加固筋，在加固筋上分布数个螺栓通孔。
[0006]然而通过优化设计方法设计出来的结构构型复杂，采用传统制造手段制备非常困难，设计人员往往在优化结果的基础上兼顾传统工艺约束进行二次设计，来满足可制造性，限制了优化效能的发挥。r/>
技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种面向增材制造的卫星发动机支架底盘一体化方法和系统。
[0008]根据本专利技术提供的面向增材制造的卫星发动机支架底盘一体化方法，包括：
[0009]步骤S1：在卫星发动机支架底盘原始设计的基础上，将底盘与接头整合为一个零件，完成初始结构的设计；
[0010]步骤S2：对非设计空间和设计空间进行定义；
[0011]步骤S3：定义结构的材料属性，根据零件的工况条件设置边界条件及形状控制约束，以最大刚度为优化目标进行优化求解，获得优化模型和优化设计结果；
[0012]步骤S4：以优化设计结果为参考，采用三维设计软件进行模型再设计，得到实体模型；
[0013]步骤S5：结合增材制造工艺约束，对实体模型进行考核，对不符合设计要求的部分进行改进；
[0014]步骤S6：对改进后的实体模型进行力学性能校核，若不符合预期效果，则返回步骤
S2进行修改迭代，直至分析结果符合预期。
[0015]优选的，所述步骤S3包括：
[0016]定义优化参数，包括省去材料的百分比、处理载荷工况的数目和收敛公差；
[0017]在定义好优化参数后，执行一次或多次迭代，在迭代完成后，查看收敛情况并绘制当前拓扑形状，根据需求决定是否继续执行求解和迭代。
[0018]优选的，所述边界条件包括约束和载荷，所述形状控制约束包括对称、周期和拔模；
[0019]所述模型再设计包括：采用传统三维设计手段进行模型重建，或采用PolyNURBS曲面拟合的方式进行创建。
[0020]优选的，所述增材制造约束包括零件成形角度和成形尺寸精度。
[0021]优选的，对实体模型中不符合增材制造约束的部分进行改进：对于成形角度低于预设阈值的结构，调整模型增大倾角或增加辅助支撑；对于模型中超出预设成形尺寸范围的微结构，将模型中的微结构进行去除。
[0022]根据本专利技术提供的面向增材制造的卫星发动机支架底盘一体化系统，包括：
[0023]模块M1：在卫星发动机支架底盘原始设计的基础上，将底盘与接头整合为一个零件，完成初始结构的设计；
[0024]模块M2：对非设计空间和设计空间进行定义；
[0025]模块M3：定义结构的材料属性，根据零件的工况条件设置边界条件及形状控制约束，以最大刚度为优化目标进行优化求解，获得优化模型和优化设计结果；
[0026]模块M4：以优化设计结果为参考，采用三维设计软件进行模型再设计，得到实体模型；
[0027]模块M5：结合增材制造工艺约束，对实体模型进行考核，对不符合设计要求的部分进行改进；
[0028]模块M6：对改进后的实体模型进行力学性能校核，若不符合预期效果，则返回模块M2进行修改迭代，直至分析结果符合预期。
[0029]优选的，所述模块M3包括：
[0030]定义优化参数，包括省去材料的百分比、处理载荷工况的数目和收敛公差；
[0031]在定义好优化参数后，执行一次或多次迭代，在迭代完成后，查看收敛情况并绘制当前拓扑形状，根据需求决定是否继续执行求解和迭代。
[0032]优选的，所述边界条件包括约束和载荷，所述形状控制约束包括对称、周期和拔模；
[0033]所述模型再设计包括：采用传统三维设计手段进行模型重建，或采用PolyNURBS曲面拟合的方式进行创建。
[0034]优选的，所述增材制造约束包括零件成形角度和成形尺寸精度。
[0035]优选的，对实体模型中不符合增材制造约束的部分进行改进：对于成形角度低于预设阈值的结构，调整模型增大倾角或增加辅助支撑；对于模型中超出预设成形尺寸范围的微结构，将模型中的微结构进行去除。
[0036]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0037](1)本专利技术通过一体化设计减少了零件个数，减少了装配；
[0038](2)本专利技术采用拓扑优化设计方法，根据传力路径，对材料进行重新分布，获得轻量化结构，节约材料成本；
[0039](3)本专利技术考虑增材制造约束，使结构能自支撑成形，减少工艺支撑的添加，减少了后处理工作量。
附图说明
[0040]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0041]图1为面向增材制造的卫星发动机支架底盘一体化设计方法框图；
[0042]图2为本专利技术中原始卫星发动机支架底盘模型图；
[0043]图3为本专利技术中发动机支架底盘初始结构设计图；
[0044]图4为本专利技术中发动机支架底盘优化模型图；
[0045]图5为本专利技术中发动机支架底盘再设计模型图；
[0046]图中：1
‑
发动机支架底盘；2
‑
接头；3
‑
螺栓组件；4
‑
非设计空间；5
‑
设计空间；6
‑
点阵。
具体实施方式
[0047]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向增材制造的卫星发动机支架底盘一体化方法，其特征在于，包括：步骤S1：在卫星发动机支架底盘原始设计的基础上，将底盘与接头整合为一个零件，完成初始结构的设计；步骤S2：对非设计空间和设计空间进行定义；步骤S3：定义结构的材料属性，根据零件的工况条件设置边界条件及形状控制约束，以最大刚度为优化目标进行优化求解，获得优化模型和优化设计结果；步骤S4：以优化设计结果为参考，采用三维设计软件进行模型再设计，得到实体模型；步骤S5：结合增材制造工艺约束，对实体模型进行考核，对不符合设计要求的部分进行改进；步骤S6：对改进后的实体模型进行力学性能校核，若不符合预期效果，则返回步骤S2进行修改迭代，直至分析结果符合预期。2.根据权利要求1所述的面向增材制造的卫星发动机支架底盘一体化方法，其特征在于，所述步骤S3包括：定义优化参数，包括省去材料的百分比、处理载荷工况的数目和收敛公差；在定义好优化参数后，执行一次或多次迭代，在迭代完成后，查看收敛情况并绘制当前拓扑形状，根据需求决定是否继续执行求解和迭代。3.根据权利要求1所述的面向增材制造的卫星发动机支架底盘一体化方法，其特征在于，所述边界条件包括约束和载荷，所述形状控制约束包括对称、周期和拔模；所述模型再设计包括：采用传统三维设计手段进行模型重建，或采用PolyNURBS曲面拟合的方式进行创建。4.根据权利要求1所述的面向增材制造的卫星发动机支架底盘一体化方法，其特征在于，所述增材制造约束包括零件成形角度和成形尺寸精度。5.根据权利要求4所述的面向增材制造的卫星发动机支架底盘一体化方法，其特征在于，对实体模型中不符合增材制造约束的部分进行改进：对于成形角度低于预设阈值的结构，调整模型增大倾角或增加辅助支撑；对于模型中超出预设成形尺寸范围的微结构，将模型中的微结构进行去除。6.一种面向增...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰少飞，杨碧琦，王孝东，徐骏，李辉，陈浩然，
申请(专利权)人：上海卫星装备研究所，
类型：发明
国别省市：