[发明专利]用于连接燃料储箱的复合材料X型支架结构优化设计方法及系统

权利要求书

1.一种用于连接燃料储箱的复合材料X型支架结构优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：基于复合材料X型支架的结构特征，提取复合材料X型支架的设计参数，根据结构特征和设计参数建立复合材料X型支架结构的参数化几何模型；

S2：基于S1获得的结构特征及设计参数，建立含燃料储箱和复合材料X型支架的有限元模型；基于所述有限元模型分析获得复合材料X型支架受燃料储箱变形影响长臂接头段相对短臂接头段沿燃料储箱径向的相对变形量；基于所述相对变形量及安全系数，确定复合材料X型支架结构优化设计的接头段位移边界条件；

S3：基于S1获得的参数化几何模型，建立复合材料X型支架的有限元模型，利用实验设计方法来确定S1获得的各个设计参数对约束响应的影响程度，从而对设计参数进行筛选，获得所需的优化设计变量；

S4：基于S1～S3获得的参数化几何模型、位移边界条件和优化设计变量，以重量最轻为目标建立复合材料X型支架优化设计模型，利用响应面法对复合材料X型支架的优化设计变量进行优化，从而获得满足约束条件的复合材料X型支架优化设计参数；

S5：对S4获得的优化设计参数进行校核分析，当利用优化设计参数构建的复合材料X型支架结构满足强度设计要求时，输出S4的设计结果。

2.如权利要求1所述的一种用于燃料储箱连接的复合材料X型支架结构优化设计方法，其特征在于，所述S1具体为：

S11：根据复合材料X型支架的结构特征，将所述复合材料X型支架分解为四个部分：接头段、过渡段、等直段和交叉段；

S12：根据所述接头段、过渡段、等直段和交叉段的结构特征，分别提取设计参数；

S13：基于S12获得的设计参数建立复合材料X型支架的参数化几何模型。

3.如权利要求2所述的一种用于燃料储箱连接的复合材料X型支架结构优化设计方法，其特征在于，所述设计参数主要包括：

接头段设计参数，包括增强件厚度T_m；

过渡段设计参数，包括过渡段轴线长度K；

等直段设计参数，包括凸起宽度J、凸起高度P、帽形壳体厚度T₁和中间层厚度T₀；

交叉段设计参数，包括圆角直径D₅、D₆、D₇和D₈。

4.如权利要求1所述的一种用于燃料储箱连接的复合材料X型支架结构优化设计方法，其特征在于，所述S3具体为：

S31：基于S1获得的参数化几何模型，建立复合材料X型支架的有限元模型；将所述有限元模型中复合材料属性简化为面内各向同性的材料属性；

S32：利用实验设计方法得到S1获得的各个设计参数对所有约束响应的帕累托图，依据各个帕累托图中的设计参数的排序筛选出对约束响应影响最为显著的设计参数作为优化设计变量。

5.如权利要求4所述的一种用于燃料储箱连接的复合材料X型支架结构优化设计方法，其特征在于，所述有限元模型的主要边界条件包括：

复合材料X型支架左、右对称约束；

短臂接头段，对所有用于与燃料储箱端框连接的螺栓孔施加6个自由度的全约束；对短臂接头段近燃料储箱侧施加沿燃料储箱径向的位移约束；

长臂接头段，压缩工况下施加S2获得的位移边界条件，拉伸工况下对长臂接头段近燃料储箱侧施加沿燃料储箱径向的位移约束；在所有螺栓孔中心进行加载。

6.如权利要求5所述的一种用于燃料储箱连接的复合材料X型支架结构优化设计方法，其特征在于，所述加载方式如下：

在每个螺栓孔中心沿燃料储箱轴向加载；

7.如权利要求4所述的一种用于燃料储箱连接的复合材料X型支架结构优化设计方法，其特征在于，所述约束响应包括：质量、拉伸工况下复合材料最大Mises应变、复合材料强度失效因子、钛合金最大Mises应力、胶层最大剪切应力和压缩工况下复合材料X型支架结构的一阶屈曲模态特征值。