分级型放射肋短壳结构集中力扩散优化设计

在航天箭体结构设计中,燃料贮箱因其特殊的连接形式往往受较大的集中力作用。传统的放射肋短壳结构被用来扩散集中力以减小其造成的危害,但实际效果并不理想。本文基于拓扑优化的概念设计,综合实际短壳结构承载环境和可制造性,提出了一种"分级型放射肋"贮箱短壳结构。围绕刚度、强度、减重、稳定性和集中力扩散效果等多种需求,基于NSGA-Ⅱ遗传算法建立了多目标优化问题模型。通过形状和尺寸的协同优化策略,得到多目标优化的最优Pareto解集。通过三层级、两层级、单一层级最优设计与传统均匀放射肋设计的对比,验证了分级型放射肋设计的优势和效果;之后,结合实际工程要求选择合理的设计方案。

网格加筋结构集中力扩散肋的传力机理研究

运载火箭贮箱结构与发动机机架连接时,会承受发动机推力所引起的分布式集中力载荷。为均匀扩散此类集中力、避免引起贮箱结构局部强度破坏,结构设计上常对贮箱底部网格加筋短壳采用扩散肋的结构形式。火箭运载能力的提高使得贮箱短壳所承受集中力随之增大,扩散肋的设计难度进一步提高,因此亟待开展相关的精细化分析和设计方法研究。首先,阐明扩散肋传力机理,为扩散肋的精细化设计提供了理论基础;其次,提出一种基于等几何分析及传力机理的扩散肋结构布局和截面尺寸协同优化设计方法;最后,通过板壳结构的集中力扩散算例验证本方法的有效性。旨在对扩散肋的传力特性进行深入发掘,进而提升箭体结构中扩散肋的设计水平,为扩散肋的结构优化提供新思路。