【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及惯组台体设计、金属加工制造，特别涉及一种轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法。
技术介绍
1、惯组在飞行器中属于重要仪器，对产品的成败起关键作用。惯组台体是用于安装陀螺和夹表的核心部件，主要作用是实时感知飞行器的飞行姿态、速度等信息，帮助控制飞行器的运行轨迹。惯组器件是制导和控制系统中的关键部件，其性能的优劣直接影响整个飞行器的性能。
2、因此，惯组台体结构需要满足高刚度高精度要求，传统惯组台体结构多选用数控车削、铣削等金属减材制造，为了满足惯组台体高刚度要求，导致其结构的重量较大，用于飞行器中会增加飞行器重量，在飞行器总重量一定的情况下，将影响有效载荷的放置能力，进而影响可执行的任务量。飞行器减重1公斤，可以减少10公斤燃料，飞行器头部减重1公斤，可以增加14公里的航程。因此，惯性台体结构减重意义重大。
3、拓扑优化技术以材料分布为优化对象，可以在指定的设计空间中找到满足设计目标的最佳的材料分布方案，从而实现目标结构的轻量化设计。创成式拓扑优化技术可以根据设计者提供的设计目标(如目标应力、目标刚度)和约束参数(如材料属性、工况条件、非设计空间)，调整材料在设计空间上的最佳分配关系，优化受力分布，经过多次迭代计算，最大程度上实现目标结构的轻量化设计的同时，提供多种满足设计目标的备选方案供设计者参考优选。
4、现有技术中有采用将拓扑优化技术应用到复杂的零件进行结构优化的方法，由于惯组台体因陀螺安装平台及双轴回转结构限制，在平台稳定性、机构精密性及空间合理性等方面存在技术瓶颈。并且，由
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术旨在提出一种轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法，以能够通过将拓扑优化设计方法应用到惯组台体的结构设计上，并结合增材、减材的设计理念将惯组台体结构进行优化，对惯组台体轻量化设计，还提高惯组台体的加工精度，缩短加工工艺路线。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法，包括以下步骤：
4、s1、结构设计基础模型；
5、s11、对惯组台体进行原始模型设计，根据工况要求、零件装配尺寸、后序增、减材加工等要求，采用建模软件对零件结构进行优化设计；
6、s12、材料选择，根据重量要求及工况要求选择所需较低密度的金属材料，且该金属材料需满足增材制造工艺要求；
7、s2、对原始模型应力、应变数据分析，确定所述原始模型的固定结构和陀螺精密对接面，根据工况条件定义载荷及边界约束条件，对所述陀螺精密对接面施加压力及重力加速度，并对所述固定结构进行固定约束，进行应力、变形分析，校核选择的材料是否满足设计要求，满足则执行步骤s3，不满足则返回执行步骤s1；
8、s3、基于增材和减材制造原理对步骤s2中满足设计要求的所述原始模型进行结构优化，具体包括如下步骤：；
9、s31、将所述惯组台体上的第一连接结构和第二连接结构进行工艺工艺留量，所述第一连接结构用于安装陀螺仪，所述第二连接结构用于安装加速度计；
10、s32、对步骤2中的陀螺精密对接面、加速度计精密对接面和固定结构进行工艺留量；
11、s33、对于增材加工中存在的加工易变形，及后期无需减材加工的面进行优化。
12、s4、对步骤s3中优化后的惯组台体进行拓扑优化设计；
13、s41、将所述原始模型赋予步骤s2相同的材料属性、载荷及边界约束条件，设定优化目标；
14、s42、将所述原始模型进行拓扑优化时的空间定义为设计空间，将工艺加工工艺留量及必要存在的结构，定义为拓扑优化后需存在的实体要求，获得所述惯组台体拓扑优化后的结构；
15、s43、调节优化过程中材料分布的离散程度，进行材料分布率的调整；
16、s44、将步骤s42获得的所述原始模型拓扑优化后的结构导入有限元分析软件，按照步骤s3中的材料、应力、应变是否满足设计要求进行受力分析，优化所述惯组台体的结构及边界条件；
17、s5、根据步骤4中所获得的惯组台体判断是否满足优化目标，以及增材和减材加工要求，满足则执行步骤6，不满足则返回执行步骤3；
18、s6、将步骤5中获得的所述惯组台体进行光顺处理，避免产生应力集中；
19、s7、根据步骤2中的工况条件定义载荷及边界约束条件，使用有限元分析软件将步骤6获得的所述惯组台体进行结构受力分析；
20、s8、将步骤7中获得的所述惯组台体的外形尺寸导入增材设备中，保留减材加工时的加工余量后，进行增材加工；
21、s9、步骤8中获得的所述惯组台体的实体模型进行后期工艺处理；
22、s10、将步骤9中获得的所述惯组台体的实体模型进行减材加工，获得符合轻量化要求的所述惯组台体；
23、s11、对步骤10中所获得的所述惯组台体的实体模型进行试验检测。
24、进一步的，所述惯组台体模型的材料使用alsi10mg。
25、进一步的，将步骤2中的原始模型中选择两个固定结构和三个陀螺精密对接面，以及三个加速度计精密对接面，所述固定结构用于在步骤10的减材加工中将所述惯组台体固定，所述陀螺精密对接面用于安装陀螺仪。
26、进一步的，将步骤s11中的工况要求设置为在三个所述陀螺精密对接面分别施加1000n的力，以及施加30g的重力加速度。
27、进一步的，所述优化目标包括质量要求、强度要求、刚度要求以及尺寸要求，优化过程采用自支撑结构。
28、进一步的，所述惯组台体的质量要求为：惯组台体总质量≤0.4kg；
29、所述惯组台体的强度要求为：惯组台体在工作状态时不得发生破坏失效，设计安全系数不小于3；
30、所述惯组台体的刚度要求为：在各方向的加速度下，惯组台体零件变形量尽可能小；
31、所述惯组台体的尺寸要求为：不得大于原始模型，各陀螺、夹表等零件安装在惯组台体上的位置、尺寸、公差保持一致。
32、进一步的，所述增材加工为3d打印加工，所述增材加工的工艺路线依次设置的工序为增材制造、钳工、去应力退火、磨粒渣、探伤、半精加工、冷热循环处理、表面处理(阳极氧化处理)、五轴精密加工。
33、进一步的，所述工艺后处理包括机械强度处理、尺寸公差处理以及表面粗糙度处理；
34、所述机械强度处理包括热处理、阳极氧化处理；
35、所述尺寸公差处理包括清除飞边、打磨、研磨以及珩磨；
36、所述表面粗糙度处理包括喷砂、涂层、磨料流加工以及机械加工。
37、进一步的，步骤11中的所述惯组台体的试验检测步骤包括：
38、离心试验、振动试验、冲击试验本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法，其特征在于：
5.根据权利要求3所述的轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法，其特征在于：
7.根据权利要求1所述的轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的轻量化拓扑结构惯组台体模型设计方法，其特征在于：
5.根据权利要求3所述的轻量化拓扑结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：冷庆军，胡慧东，张甲龙，蒿亮，吴渊，余思远，李伟，
申请(专利权)人：廊坊第六九一六仪器厂，
类型：发明
国别省市：
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