一种卫星支架轻量化设计方法、装置及存储介质

本发明涉及航天设备优化设计领域，尤其涉及一种卫星支架轻量化设计方法、装置及存储介质。

背景技术：

1、随着民用航天产业的快速发展，很多民营企业都开始了卫星设备的研发，尤其是微型和小型卫星，成为了市场热点。现有的针对卫星轻量化设计，一大着力点在于堆卫星支架的轻量化改进。采用的优化研究手段属于有限元优化设计，一般而言，应用于有限元分析的优化设计可用于模拟结构的应力、应变、变形等力学行为。这包括静力分析、动力分析、非线性分析等，可应用于建筑、桥梁、机械等工程领域。可以模拟物体内部的温度分布、热传导过程和热应力等问题。在热处理、电子设备散热、火灾模拟等方面有广泛应用，也可用于解决流体流动、压力分布、速度场等问题，也可与优化算法结合，实现对结构设计的优化，通过调整设计变量，如几何形状、材料参数等，以达到特定的性能指标，如最小重量、最大刚度等。

2、虽然有目前基于python库的卫星轻量化有限元计算改进方案，存在计算负担高的问题，很多时候甚至依旧采用人工经验的方法，依靠人工经验来寻求优化设计无法保证优化的杆长之和最小和动点位置精确，因此也就无法保证小卫星的最终方案为最优。

3、因此，如何在卫星支架的轻量化设计的过程中，保证优化设计要求得到实现的同时还能够尽可能简化优化操作的过程，提高优化效率，最终促进卫星轻量化技术的产业化和商业利益，成为了需要进一步研究的课题。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供一种卫星支架轻量化设计方法、装置及存储介质，能够在卫星支架轻量化设计的过程中，保证优化设计要求得到实现的同时还能够尽可能简化优化操作的过程，提高优化效率。

2、为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明的实施例提供的方法，包括：

4、步骤一、计算机对卫星支架进行建模，并记录所述卫星支架的可变节点作为设计变量；

5、步骤二、通过有限元分析生成所述卫星支架中的各个支杆的内力；

6、步骤三、在出现内力最小的支杆处调整遍历精度，之后去除受力最小的支杆并记录当前可变节点的坐标；

7、步骤四、更新可变节点数量后重复步骤二至步骤三，直至获取不同的n个可变节点所对应的轻量化最优解，n为正整数。

8、其中，所述步骤一，包括：根据所记录的可变节点确定所述卫星支架中的各个支杆，并作为有限元分析中的单元，其中，所述卫星支架中的各个支杆包括：可变节点与箱体底部节点的链接支杆、可变节点与支架底部节点的链接支杆和箱体底部节点与支架底部节点的链接支杆。

9、为可变节点分配可行域，其中，可变节点编号顺序为顺时针，所述卫星支架的内部空间均匀分配给所有可变节点并记录，切各个可变节点的可行域不相交；可变节点在可行域内进行遍历的过程中，初始遍历精度设置为5cm。

10、所述步骤二，包括：对可变节点外其他节点进行坐标设置，单元设置为节点之间的链接，在处于所述卫星支架最低端的节点添加边界条件使其固定从而作为底部节点，并将载荷施加在除可变节点和底部节点的其他节点上。

11、进一步的，计算所述卫星支架中的各个支杆的内力，并记录确定各个支杆的最小内力对应的节点变量坐标。

12、所述步骤三中，在出现内力最小的支杆处调整遍历精度，包括：在出现内力最小的支杆处，设定可变节点的坐标为原点，可行域为边长为遍历精度的三分之二的立方体，之后将遍历精度缩小一半。可变节点在可行域内进行遍历的过程中，最大遍历精度为0.01mm。

13、所述步骤四，包括：在每一次更新可变节点数量的过程中，将可变节点数量加1，直至可变节点数量达到固定节点数量的2倍。

14、第二方面，本发明的实施例提供的装置，可以采用计算机程序实现相应的功能模块，并运行在计算机上，所述装置包括：

15、预处理模块，用于对卫星支架进行建模，并记录所述卫星支架的可变节点作为设计变量；

16、预分析模块，用于通过有限元分析生成所述卫星支架中的各个支杆的内力；

17、优化模块，用于在出现内力最小的支杆处调整遍历精度，之后去除受力最小的支杆并记录当前可变节点的坐标；

18、结果记录模块，用于更新可变节点数量后重复步骤二至步骤三，直至获取不同的n个可变节点所对应的轻量化最优解，n为正整数。

19、第三方面，本发明的实施例提供一种存储介质，存储有计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令被运行时，实现如上所述的方法流程。

20、本发明实施例提供的卫星支架轻量化设计方法，将卫星内部的个可变节点坐标作为设计变量，在可行区域内进行遍历。将变量作为pso模型维度参数，结合卫星支架载荷情况和边界条件，通过有限元分析生成各个支杆的内力，使其中某杆内力最小，在出现内力最小杆处增加遍历精度后，去掉受力最小杆，得到个可变节点前提下的轻量化最优解和可变节点的位置坐标。改变可变节点数量，重复以上步骤，最后通过对比不同个可变节点所对应的轻量化最优解，输出所有可能情况下的最优方案。本发明利用算法寻找最优可变节点数量及其对应的轻量化最优解，可确保寻优效率最高，寻优后卫星重量最轻。本发明能够在卫星支架轻量化设计的过程中，保证优化设计要求得到实现的同时还能够尽可能简化优化操作的过程，提高优化效率。

技术特征：

1.一种卫星支架轻量化设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤一，包括：

3.根据权利要求2所述的，其特征在于，所述步骤一，还包括：

4.根据权利要求2所述的，其特征在于，所述步骤二，包括：

5.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤二，包括：

6.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤三中，在出现内力最小的支杆处调整遍历精度，包括：

7.根据权利要求6所述的，其特征在于，可变节点在可行域内进行遍历的过程中，最大遍历精度为0.01mm。

8.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤四，包括：

9.一种卫星支架轻量化设计装置，其特征在于，包括：

10.一种存储介质，其特征在于，存储有计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令被运行时，实现如权利要求1至8中任一项所述的方法。

技术总结本发明实施例公开了一种卫星支架轻量化设计方法、装置及存储介质，涉及航天设备优化设计领域，改进了卫星支架轻量化设计过程中的多节点杆系结构传力路径的寻优手段。本发明包括：将卫星内部的可变节点坐标作为设计变量，在可行区域内进行遍历。将变量作为PSO模型维度参数，结合卫星支架载荷情况和边界条件，通过有限元分析生成各个支杆的内力，使其中某杆内力最小，在出现内力最小杆处增加遍历精度后，去掉受力最小杆，得到个可变节点前提下的轻量化最优解和可变节点的位置坐标。改变可变节点数量，重复以上步骤，最后通过对比不同的可变节点所对应的轻量化最优解，输出所有可能情况下的最优方案。技术研发人员：谢德巧,刘益含,赵剑峰,沈理达,田宗军受保护的技术使用者：南京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29