[发明专利]面向原位建造的月球科研站参数化设计及多目标优化方法

说明书

本发明公开了一种面向原位建造的月球科研站参数化设计及多目标优化方法，能够根据所需的月球科研站的形状，设计相应的结构参数变量，并实现在多个目标下的结构参数优化，通过对多目标函数求解获取最优解，即月球科研站的最优结构参数，得到的最优结构参数可直接运用于月球原位资源3D打印，实现对月球科研站的原位3D打印。为面向原位建造的月球科研站结构设计提供了一种高效、可靠的设计及优化方法，能够缩短月球科研站的设计周期、降低研制成本。

技术领域

本发明属于建筑结构参数化设计和优化领域，更具体地，涉及一种面向原位建造的月球科研站参数化设计及多目标优化方法。

背景技术

随着我国航天技术的发展和探月工程的完成，在月球上利用月球原位资源建造月球科研站将成为下一阶段探月工程中的重要目标。针对月球微重力、大温变和伴有微陨石撞击的恶劣环境，月球科研站的结构设计成为了一项重要的工作。传统的月球科研站结构设计方法模型的生成速度慢，修改十分复杂，工作效率低下，且难以针对多个特定目标对结构进行优化。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种面向原位建造的月球科研站参数化设计及多目标优化方法，由此解决现有的月球科研站结构设计模型设计复杂、且针对多个特定目标对结构进行优化的参数修改复杂问题。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种面向原位建造的月球科研站参数化设计及多目标优化方法，包括：

S1，根据所需建造的月球科研站的形状确定多个结构参数变量；

S2，基于优化目标，根据所述多个结构参数变量构建多目标函数；

S3，求解所述多目标函数，确定所述多个结构参数变量的最优解。

优选地，所述月球科研站的形状为双层蛋壳形，所述多个结构参数包括内层壳体曲线的长轴A和短轴B、壳体横截面的长轴a和短轴b、高度H、内外层间距d、内层壳体厚度t₁、外层壳体厚度t₂。

优选地，所述多个结构参数的约束范围为：6m≤A≤7m；2m≤B≤3m；0.8m≤a≤1.8m；0.8m≤b≤1.8m；0.2m≤d≤0.8m；A≤H≤1.2A；0.2m≤t₁≤0.3m；0.2m≤t₂≤0.3m。

优选地，在所述双层蛋壳形之间增加加肋结构。

优选地，所述优化目标为内层体积V最大，抗荷载冲击强度M最大，总质量m最小。

优选地，所述内层体积V的表达式为：

其中，

抗荷载冲击强度M的表达式为：

其中，v为撞击速度，K₁为内层壳体和外层壳体的穿透系数，K₂为加肋结构的穿透系数；

总质量m的表达式为：

m＝ρS₁t₁+ρS₂t₂；

其中，

优选地，所述多目标函数为：min(m-M-V)。

优选地，采用遗传算法求解所述多目标函数。

优选地，采用多目标遗传算法SPEA-II和NSGA-II求解所述多目标函数，得到帕累托前沿解；

以任一帕累托前沿解作为所述多目标函数的最优解。