Методика определения расположения межпанельных кронштейнов корпуса космического аппарата с использованием модифицированного метода SIMP топологической оптимизации
Авторы: Боровиков А.А., Тушев О.Н.
Опубликовано в выпуске: #1(145)/2024
DOI: 10.18698/2308-6033-2024-1-2331
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
При проектировании космических аппаратов (КА) одним из важнейших требований является выполнение условия, обеспечивающего динамическую совместимость КА с ракетой-носителем, которое заключается в ограничении первых основных тонов собственных колебаний КА. Одним из способов удовлетворения этого ограничения может быть выбор оптимальных мест установки межпанельных кронштейнов, соединяющих тепловые сотовые панели корпуса КА, и их количество. «Ручной» подбор местоположения межпанельных кронштейнов крайне неэффективен и может занять много времени, поэтому авторами ранее была предложена методика, в которой используется метод SIMP топологической оптимизации. Суть методики — моделирование области возможной установки межпанельных кронштейнов конечными элементами шестигранной формы и дальнейшее проведение топологической оптимизации. Однако применение стандартной формулировки метода SIMP значительно увеличивает число требуемых проектных переменных (не менее трех на один кронштейн), а следовательно, и время расчета. Предложена модификация метода SIMP, позволяющая использовать минимальное число проектных переменных (одна переменная на один кронштейн). Для иллюстрации эффективности данной разработки на примере тестовой задачи проводится сравнение результатов, полученных с помощью стандартного и модифицированного вариантов метода SIMP.
Литература
[1] Wijker J.J. Spacecraft Structures. Springer Science & Business Media, 2008, 504 p.
[2] Soyuz CSG User’s Manual. Iss. 2.1. Washington, Arianspace, May 2018. URL: https://www.arianespace.com/wp-content/uploads/2015/10/Soyuz-UsersManuel-issue2-Revision1-May18.pdf
[3] Falcon User’s Guide. September 2021. URL: https://www.spacex.com/media/falcon-users-guide-2021-09.pdf
[4] Боровиков А.А., Леонов А.Г., Тушев О.Н. Методика определения расположения межпанельных кронштейнов корпуса космического аппарата с использованием топологической оптимизации. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2019, № 4, с. 4–19. DOI: 10.18698/0236-3941-2019-4-4-19
[5] Bendsoe M.P., Sigmund O. Topology optimization. Theory, methods, and application. Berlin, New York, Springer, 2004, 370 p.
[6] MSC Nastran 2018. Quick reference guide. URL: https://simcompanion.hexagon.com/customers/s/article/msc-nastran-2018-quick-reference-guide-doc11515
[7] Аттетков А.В., Галкин С.В., Зарубин В.С. Методы оптимизации. В.С. Зарубин В.С., Крищенко А.П., ред. 2-е изд., Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003, 440 с.
[8] Бородакий Ю.В., Загребаев А.М., Крицына Н.А., Кулябичев Ю.П., Шумилов Ю.Ю. Нелинейное программирование в современных задачах оптимизации. Москва, НИЯУ МИФИ, 2011, 244 с.
[9] Хог Э., Арора Я. Прикладное оптимальное проектирование: механические системы и конструкции. Пер. с англ. под ред. Н.В. Баничука. Москва, Мир, 1983, 478 с.
[10] Christensen P.W., Klarbring A. An introduction to structural optimization. Gladwell G.M.L., ed. Sweden, Springer, 2009, 211 p.
[11] Базара М., Шетти К. Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы. Пер. с англ. под ред. Д.Б. Юдина. Москва, Мир, 1982, 583 с.
[12] Зангвилл У. Нелинейное программирование. Единый подход. Пер. с англ. под ред Е.Г. Гольштейна. Москва, Советское радио, 1973, 312 с.
[13] Голуб Дж., Ван Лоун Ч. Матричные вычисления. Пер. с англ. под ред. В.В. Воеводина. Москва, Мир, 1999, 548 с.
[14] Бидерман В.Л. Теория механических колебаний. Москва, Высш. шк., 1980, 408 с.
[15] Парлетт Б. Симметричная проблема собственных значений. Численные методы. Пер. с англ. Москва, Мир, 1983, 384 с.
[16] MSC Nastran 2018. Dynamic analysis user’s guide. URL: https://simcompanion.hexagon.com/customers/s/article/msc-nastran-2018-dynamic-analysis-user-s-guide-doc11514
[17] Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. Пер. с англ. под ред. Б.Е. Подбери. Москва, Мир, 1975, 541 с.
[18] Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. Пер. с англ. под ред. Н.В. Баничука. Москва, Мир, 1984, 428 с.
[19] Liu G.R., Quek S.S. The finite element method: a practical course. Oxford, Boston, Butterworth-Heinemann, 2003, 348 p.