基于序列近似优化方法的加筋圆锥壳结构优化设计

为提高运载火箭圆锥壳舱段承载效率,开展轴压载荷下加筋圆锥壳结构轻量化设计。首先,建立加筋圆锥壳结构有限元模型,采用非线性显式动力学算法开展分析;然后,对比分析加筋圆锥壳结构参数灵敏度指标及中间框径向和垂直安装方式对结构极限承载性能的影响;最后,基于径向基函数代理模型和Kriging代理模型序列近似优化方法开展加筋圆锥壳结构优化设计。结果表明:腹板高度、桁条数量、翼缘厚度及耦合效应是加筋圆锥壳极限承载能力的关键影响因素,而中间框径向和垂直安装方式对结构极限承载性能的影响不显著;采用序列近似优化方法经迭代优化后,相对初始设计减重9.40%,验证了方法的有效性。

基于序列近似优化方法的探空火箭气动/动力一体化优化

总体设计是探空火箭研制的先行牵引工作,是一项复杂的系统工程。针对探空火箭总体设计一体化优化问题,基于序列近似优化方法,将代理模型方法应用于优化过程,通过不断更新代理模型和采样点对最优解进行高效预测,是对复杂模型进行优化设计的有效方法。针对某单级固体探空火箭,建立其弹道、动力、气动计算模型,使用序列近似优化方法,以火箭理论弹道顶点高度最大为优化目标,对其气动/动力参数进行一体化优化,最后得到一组较优的总体设计参数。结果表明:整个优化过程模型调用次数少,收敛速度快,工作效率较高,体现了序列近似优化方法的优越性。

考虑加工误差的大型运载火箭框桁加强薄壁圆柱壳优化设计

为提高加工误差影响下大型运载火箭框桁加强薄壁圆柱壳的可靠性和安全性,开展考虑加工误差的框桁加强圆柱壳优化设计。探究框桁加强柱壳整体压溃破坏的主要机理,分析总结典型截面加强桁失稳模式及关键参数对结构承载性能的影响规律,颠覆传统以提高桁条横向弯曲刚度为主的设计理念。提出基于探索策略和开发策略的并行序列近似优化方法,提高框桁加强薄壁圆柱壳后屈曲优化效率,并获得相对初始设计减重482 kg的优化结构。提出基于序列近似优化方法和最大加工误差分析法的结构优化方法,显著降低加工误差影响下该优化结构提前失效的发生几率,提高该优化结构的可靠性和安全性。结果表明,桁条弯扭耦合翘曲失稳是导致框桁加强薄壁圆柱壳发生整体压溃破坏的主要因素;降低桁条翼缘板宽厚比以及在腹板不提前发生局部失稳下增加腹板高厚比,可提高结构承载效率;考虑加工误差下获得的优化结构具有更高的桁条翼缘板厚度t_(yy),加工误差影响下其承载性能可靠性更高,表明所提优化方法的有效性。