Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Внешнее проектирование конспект лекций_1.doc
Скачиваний:
22
Добавлен:
03.08.2019
Размер:
4.9 Mб
Скачать

Основы информационной технологии проектирования конструкций.

Процесс проектирования предусматривает следующие обобщенные процедуры:

  1. Выбор опорного варианта конструкции;

  2. Выбор технического решения и оптимизация проектных параметров конструкций.

  3. Конструирование и выпуск технической документации.

Процесс проектирования выполняется с учетом условий технической эксплуатации: заданный спектр внешних воздействий статических и динамических критических нагрузок при потере устойчивости. Спектр собственных частот, а также определяющих связей: условия прочности и статической устойчивости, составленных для статических напряжений, действующих в конструкции и критических напряжений потери устойчивости, условия, налагаемые на определенные параметры конструкции с использованием конструктивно-технологических и эксплуатационных ограничений и вспомогательных связей: ограничения, налагаемые на спектр собственных частот, уровень температурных напряжений и т.д.

Особенность процедуры проектирования конструкции заключается в разделении задачи структурно-параметрической оптимизации на два этапа:

  1. Получение методами математического программирования эталонного (опорного) варианта конструкции, который представляет собой оптимальный закон распределения массово-инерционных и жесткостных характеристик в конструкциях минимальной массы, отвечающих требованиям прочности и жесткости.

  2. Сравнение альтернативных вариантов конструкции с эталонным.

Выбор опорных вариантов конструкции.

Задача этого этапа состоит в том, чтобы сформировать множество альтернативных вариантов, а затем выбрать из этого множества один или несколько опорных вариантов.

При формировании вариантов конструкции используется принцип декомпозиции. Возможная иерархическая схема декомпозиции представлена на рисунке 1.

Рис. 1.

Проектируемую конструкцию СТС целесообразно представить 4 иерархическими уровнями:

Первый уровень занимает конструктивно-компоновочная схема, представленная совокупностью параметров, характеризующих структуру, геометрию, аэродинамическую схему, компоновку оборудования, внешние нагрузки.

Второй уровень отражает основные концепции, которые должны быть просмотрены при проектировании и которым могут соответствовать различные варианты конструктивной реализации СТС в целом. Например, могут быть заданы проработки с последующим сравнением модульная и ампульная (неразъемная) модификации конструкции корпуса СТС. Подсистемы следующего уровня для рассматриваемых модификаций будут существенно различны.

Третий уровень составляют подсистемы, образованные, как правило, по функциональному признаку (например, для конструкции ЛА: двигательная установка, крыло и т.д.).

В отдельные подсистемы могут быть выделены связанные с конструкцией системы оборудования. В числе рассматриваемых на этом уровне должны быть: материал силовых и несиловых элементов, тип конструкции и способ соединения элементов.

Четвертый уровень составляют узлы и модули подсистем.

На второй стадии проводится упорядочение массива вариантов. Ориентируясь на использование ЭВМ, эту процедуру выполняют с помощью специальных морфологических таблиц, в которых по определенным правилам заносится информация обо всех известных и возможных реализациях элементов или подсистем, т.е. данные предыдущей стадии.

В качестве примера рассмотрим форму такой таблицы для третьего уровня:

Таблица 1.

В таблицу помещают все подсистемы и информацию о вариантах их технической реализации. Цифра 1 в строке говорит о том, что вариант реализуем. Если число возможных вариантов подсистем оказывается достаточно большим, то желательно в таблице 1, для каждого варианта системы, предусмотреть лишь реализуемые комбинации подсистем. Пронумеровав подсистемы в принятой последовательности и присвоив порядковые номера разным подсистемам одного назначения, получим двумерный численный массив, который отражает все множество возможных вариантов.

Далее следует третья стадия анализа альтернативных вариантов: отсеивание несовместимых и явно нерациональных вариантов. Что бы отсеять несовместимые варианты составляется, так называемая, матрица совместимости в виде следующей таблицы:

Таблица 2.

Цифрой 1 в таблице отмечают реализуемые варианты.

Итогом третьей стадии является перечень возможных вариантов с описанием самых общих характеристик.

Выбор опорных вариантов проводится на основе количественного анализа. Для этого используется введение нормативных показателей и задача выбора вектора , определяющего параметры конструкции, формулируется следующим образом:

требуется выбрать вектор , обеспечивающий максимум значения заданным показателям .

Решение выполняют следующим образом.

Формируют целевую функцию:

,

где - контрольные показатели или нормативы.

Рациональный вектор x определяется в результате минимизации функции :

Выбор рационального вектора с помощью данного алгоритма означает определение оптимальных по Парето решений, из которых по дополнительным критериям определяются единственные. Под множеством конструктивных параметров понимают совокупность геометрических параметров, с помощью которой определяется топология проектируемой СТС, а также жесткостные, массово-инерционные, технологические и эксплуатационные характеристики.

В общем виде методология проектирования конструкции может быть представлена следующей схемой:

Рис. 2.

Далее выбранную схему требуется окончательно материализовать с учетом требований производства и эксплуатации довести до рабочих чертежей.

Подходы к решению задач параметрического синтеза.

Синтез делится на структурный и параметрический. Целью структурного является определение рациональной структуры построения СТС, т.е. типа подсистем, их состава и компоновки. Задача структурного синтеза выполняется методом перебора структурных схем СТС на дискретном множестве альтернатив, задаваемом матрицей признаков (или морфологической матрицей) или и/или графов.

Параметрический синтез заключается в оптимальном определении вектора конструктивных параметров и ТТХ основных подсистем при фиксированной структурной схеме СТС.

Рассмотрим два основных подхода к решению задачи параметрического синтеза СТС:

первый подход заключается в последовательном решении задач выбора рационального облика подсистем, входящих в состав СТС, а затем решение задачи рационального облика СТС в целом, т.е. процесс проектирования направлен снизу-вверх. Метод решения, используемый в этом подходе, получил название последовательного анализа вариантов.

Во втором подходе процесс проектирования направлен сверху-вниз: от СТС в целом к ее подсистемам. Метод решения, используемый в этом подходе, получил название синтеза СТС на основе последовательного усложнения модели.

Синтез СТС по методу последовательного анализа вариантов.

Рассмотрим задачу параметрического синтеза при заданной структуре СТС и условиях ее применения.

(1)

-операционная модель оценки эффективности СТС.

x- вектор тактико-технических характеристик системы в целом, размерности:

-вектор тактико-технических характеристик j-ой подсистемы СТС, размерности: .

k- вектор конструктивных параметров СТС, размерности:

K-множество допустимых конструктивных решений, определяемое возможностями реализации и задаваемое ограничениями:

g-показатель затрат или выделенных ресурсов для СТС в целом.

-показатель затрат или выделенных ресурсов для j-ой подсистемы СТС.

, - модели определения векторов тактико-технических характеристик и затрат .

J- общее количество подсистем.

- устанавливаемое в тактико-технических характеристиках ограничение на показатель затрат или выделенные ресурсы для СТС.

Для решения задачи проектирования (1) целесообразно использовать двухуровневую систему моделей. На первом уровне находятся модели формирования облика отдельных подсистем СТС, задаваемых соотношениями:

S- вектор, определяющий структуру СТС.

u- вектор, описывающий управление или тактику поведения системы в процессе функционирования.

z- вектор условий применения СТС.

На втором уровне расположены операционные модели и модель затрат, описывающая функционирование системы в целом.

Главным свойством показателя затрат (или выделенных ресурсов) является его аддитивный характер.

Под эффективностью понимается способность системы решать поставленные задачи и выполнять предъявляемые в ТТЗ требования. Эффективность СТС в заданных условиях ее применения определяется на основании значений ТТХ ее подсистем. ТТХ подсистем количественно отражают степень пригодности подсистемы для решения задач, стоящих перед СТС в целом.

Суть метода заключается в следующем: