文档介绍：集中力扩散结构优化设计
参赛者:许嘉宾
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指导老师:贺琼义(快速成型加工指导老师) 门长峰(力学教研室主任)
天津职业技术师范大学
材料成型与控制工程专业
、方法
经济性
航天器零部件在设计结构的过程中,不应盲目地追求复杂、高级的方案。如果采用某种最简单的方法便能满足所提出的功能要求,则此方案便是最经济的设计方案。因为采用最简单的方案意味着零部件少、元件少、可靠性高、成本低等。一般而言,简单方案比较经济,但也不能一概而论,还必须和被测件批量的大小、要求的效率、测量误差所造成的损失、零件公差带及尺寸分布情况等综合考虑。
效率
一般情况下,测量或检验效率应与生产制造效率相适应。在航天器零部件加工制造的过程中,需要综合的考虑制造过程中的“过程检验”,以保证在设计结构合理的基础上,测量和生产的效率最高。
可靠性
可靠性是指一种产品在一定时间内和一定条件下,不出故障地发挥其规定功能的概率。可靠性指标除了用完成规定功能的成功概率表示外,还可以用平均故障间隔时间或称产品平均寿命、故障率或称是效率、有效性、平均保养间隔时间或平均寿命等来表示。
结构设计合理的航天器零部件,无论在原理上如何先进,在功能上如何全面,在精度上如何高级,假若可靠性差,故障频繁,不能长时期地稳定工作,则该零部件或系统就没有使用价值。因此,随着现代科学研究的需求,可靠性研究越来越高。特别是,近年来发展迅速的中国航天器事业,更是要求具有可靠性,或者说要求近乎于苛刻。与此相应,可靠性的评价不能像之前装备制造业技术部那样仅停留在定性的概念性分析上,而应该科学地进行定量计算。为此,应该借助于现代先进的计算机分析技术进行优化设计,比如SolidWorks -CosmosWorksProfessional分析软件、Ansys分析软件。原因在于之前是技术走在科学之前,进入到现代,已经是一个科学走在技术之前的时代。依靠知识和分析解决技术难题,是现代科学研究的正常思维和正确的方法,依托于“科学共同体”中有知识的研究人员,借助计算机分析软件进行分析和优化,以满足诸如航天器事业般的高端、高技术行业的需求。
寿命
在航天器零部件设计的过程中应注意考虑提高寿命的方法,如结构中尽量减少磨损件,结构设计的过程中,需要考虑到焊接、铣削和铸件的工艺要求。必要时,需要考虑到铸模过程中的合理拔模斜度,可以借助于CATIA、UG、ProE、SolidWorks等机械设计软件进行结构设计,后续用ANSYS、ABAQUS等图形化软件系统分析和进行校核分析。
同样地,航天器零部件需要规定合理的使用零部件的规定、维护保养方法、包装搬运要求及使用环境条件等。原因在于中国的航天器事业从之前的艰难设计中迅速的步入了依据高科学、高知识的科研人员研发阶段,迅速的提升了前期的结构设计和中期的结构分析与后续校核的科学方法。运用现代设计思路和分析方法进行航天器结构的设计和分析,是依托于坚实的基础知识的。
造型
航天器零部件的外形设计也极其重要。原因在于航天器零部件在装配和安装的过程中,需要考虑总体结构的安装、部件间的美化等,都必须认真考虑。
经济成本评价
通常,一项新的产品设计,对关键技术先进性实验区的设计数据和方案后,还要经过模拟实验装置的设计和试制、样机设计和试制、定型设计和试制等3个阶段,样机数量以一二台为宜。这样经过不断试制、使用、改进,使各项性能达到设计要求。
航天器零部件设计是总体设计中的一部分。总体设计给具体设计规定了总的原则和布局,指导具体设计的进行,而具体设计(如零部件设计)则是在总体设计的基础上的具体化,同时还要不断地丰富和修改总体设计,两者相辅相成,有机结合,不能断然分开,常常交叉进行。比如,航天器零部件的结构设计,在前期设计过程中就需要和总体设计相同步,不能超出总体设计的框架,而逾越进行单独零部件的设计。即使零部件设计的结构和力学分析都很好,就是和最终的总体设计不能很好的相吻合、相匹配,最总造成很大的资源和时间的浪费。因此,结合总体设计框架,进行具体航天器零部件的设计,是对于航天器行业来说最合理的做法。
客观形势的发展,要求对工程设计的意义、作用和影响作出新的估价,这就对工程设计的质量、经济价值、进程速度提出了新的要求,对设计师的素质修养要求更全面。一项工程设计决策的错误或者技术上的失败,会导致企业的经济损失,特别对国家性质的航天器行业更是如此。我们生活质量和状态好的情况下,也需要在进行航天器零部件设计时提高自身的设计素养,为国家科研事业着想,就是为自身着想。
设计需要遵循的基本设计原则
空间物体具有6个自由度,可以用6个适当配置的约束加以限制。自由度与约