衛(wèi)星天線支架設(shè)計(jì)

                                                                                    為什么使用inspire做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1       設(shè)計(jì)任務(wù)

某衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線支架初始設(shè)計(jì)方案如下圖所示,圖中右側(cè)質(zhì)量點(diǎn)為天線重心位置，天線自重約0.5kg，材料特種鋼材。同支架通過(guò)三個(gè)螺釘連接，支架材料為尼龍.在制造、裝配、運(yùn)輸、運(yùn)載、在軌運(yùn)行階段最大靜載荷約10g過(guò)載。

         天線支架和衛(wèi)星本體通過(guò)圖中所示的固定點(diǎn)位置的螺釘連接，數(shù)量4。不考慮支架和安裝面的耦合。

Figure 1 UV天線支架

         結(jié)構(gòu)初始設(shè)計(jì)方案完成后，轉(zhuǎn)inspire做初步受力分析和，優(yōu)化。

2       受力分析

PS：此處給出第一個(gè)使用inspire的理由，同我們使用的設(shè)計(jì)軟件無(wú)縫兼容，可以直接導(dǎo)入裝配和零件的3d模型。

Figure 2

2.1          如上圖figure1所示，設(shè)置固定連接；

2.2          在質(zhì)心位置建立質(zhì)量點(diǎn)，并添加質(zhì)量點(diǎn)和安裝孔的固定連接；

2.3          設(shè)置材料為尼龍（plastic nylon）；

2.4          受力選擇加速度，y防線，20g（此處載荷為設(shè)計(jì)載荷）

2.5          打開(kāi)運(yùn)行，單元尺寸為auto，速度精度選更快，重力選擇是。

點(diǎn)擊運(yùn)行

Figure 3

2.6          在我敲文檔的時(shí)候，運(yùn)行結(jié)果已經(jīng)出來(lái)，耗時(shí)1分零8秒。直接顯示最大位移和最小位移，如上圖figure3所示。

PS：此處給出第二條使用inspire的理由，那就是快。

2.7          修改結(jié)果為米塞斯等效應(yīng)力，結(jié)果如下圖所示

Figure 4 米塞斯等效應(yīng)力

2.8          應(yīng)為不記得尼龍的許用應(yīng)力是多少，直接查看安全系數(shù)，如下圖所示

Figure 5 安全系數(shù)

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在使用設(shè)計(jì)載荷的情況下，安全系數(shù)取1.25，那么上圖顯示最小安全系數(shù)3，最大安全系數(shù)5199，以上設(shè)計(jì)有很大的優(yōu)化余地。

3       優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1          選定設(shè)計(jì)空間（去除相關(guān)分割的原始設(shè)計(jì)零件）

3.2          選擇優(yōu)化

Figure 6 優(yōu)化設(shè)置

                   如上圖所示，修改頻率約束為最大化頻率，重力條件為是，其余默認(rèn)。讓我們來(lái)看看需要多久。

3.3          在計(jì)算間隔，我們來(lái)說(shuō)說(shuō)我的電腦吧：大概是11年京東買的dell，我把機(jī)械硬盤拆了換的固態(tài)硬盤（那是相當(dāng)?shù)碾y拆，還把鍵盤拆壞了）。加了內(nèi)存到8g。inspire運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)如下圖所示，我覺(jué)得inspire有個(gè)缺點(diǎn)，顯卡的計(jì)算量沒(méi)有使用，是很浪費(fèi)系統(tǒng)資源的。

Figure 7 任務(wù)管理器狀態(tài)

3.4          分享一點(diǎn)機(jī)械類仿真軟件的經(jīng)驗(yàn)，最近因?yàn)閾Q了組，打算和小伙伴們一起選用一款合適的仿真軟件的緣故，試用了很多款軟件。為了防止大家認(rèn)為我在做廣告，就不安利軟件了。我發(fā)現(xiàn)幾乎所有的仿真軟件，不管是ansys，abaqus還是inspire，在計(jì)算的初期，基本就是網(wǎng)格的階段，都不怎么使用cpu的并行計(jì)算功能。每次就是一個(gè)核心在那里孤獨(dú)的跑啊跑的。我現(xiàn)在用的工作站是個(gè)dell的，cpu主頻1.6，每次我都哭啊哭的等著：1個(gè)cpu跑軟件，1個(gè)或者一個(gè)半cpu跑系統(tǒng)，剩下的幾個(gè)班的cpu看著。

3.5          優(yōu)化結(jié)果如下圖所示，優(yōu)化用了18min。

Figure 8 優(yōu)化結(jié)果

3.6          對(duì)優(yōu)化后的結(jié)果重新進(jìn)行分析，如下圖

Figure 9 2次力學(xué)分析

Figure 10 計(jì)算結(jié)果對(duì)比

3.7          如上圖所示，其實(shí)還有優(yōu)化余地，于是，繼續(xù)優(yōu)化，其余條件不變的情況下，質(zhì)量目標(biāo)：設(shè)計(jì)空間總體積百分比改為25，如下圖所示。

Figure 11 2次優(yōu)化設(shè)置

3.8          2次優(yōu)化結(jié)果

Figure 12 2次優(yōu)化結(jié)果

3.9          同樣，對(duì)2次優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行力學(xué)分析

Figure 13 第三次力學(xué)分析（對(duì)象為2次優(yōu)化結(jié)果）

3.10       對(duì)比結(jié)果

Figure 14 結(jié)果對(duì)比

4           工程化

針對(duì)上文結(jié)果，使用polynurbs進(jìn)行修改，本文使用自適應(yīng)模塊，結(jié)果如下圖所示

Figure 15 polynurbs工具處理后的模型

5           總結(jié)

在本次設(shè)計(jì)初期并沒(méi)有限定零件的加工方式，使用inspire優(yōu)化后，選擇3D打印生成零件就成為最理想的方式。目前行業(yè)3D打印價(jià)格大約在80元/g，這樣的話，本次零件質(zhì)量由30g降低為8g將節(jié)省1760元的加工費(fèi)，同時(shí)也節(jié)省了很多的時(shí)間。

         如果還是要采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式進(jìn)行零件加工的話，需要對(duì)優(yōu)化后的對(duì)象進(jìn)行工程化的設(shè)計(jì)，同時(shí)，這種復(fù)雜零件還會(huì)增加加工難度。

         Ps：Inspire仿真和優(yōu)化的速度實(shí)在是驚嚇到了我。