PROE用戶精英大會(huì)-論文匯集1.pdf

PTC 用戶精英大會(huì)用戶精英大會(huì)用戶精英大會(huì)用戶精英大會(huì) 2002 2002 年年年年 7 月月月月 18 19 日日日日 海南博鰲海南博鰲海南博鰲海南博鰲 DFH 4 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)的三維仿真參數(shù)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)的三維仿真參數(shù)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)的三維仿真參數(shù)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)的三維仿真參數(shù)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用 北京總體專業(yè)設(shè)計(jì)部 曹巍 摘要本文針對(duì)我國(guó)下一代大型通信衛(wèi)星DFH 4共用平臺(tái)新的要求通過(guò) 三維仿真參數(shù)化設(shè)計(jì)的理念在優(yōu)化總體布局提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的容錯(cuò)性縮短 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及部裝的周期等方面進(jìn)行了介紹 主題詞DFH 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Pro ENGINEER TOP DOWN 參數(shù)化 一 前言 DFH 3 衛(wèi)星的發(fā)射成功標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)具有了自行開(kāi)發(fā)地球靜止軌道通 信衛(wèi)星平臺(tái)的能力開(kāi)發(fā)更大容量通信衛(wèi)星共用平臺(tái)縮短與國(guó)外設(shè)計(jì)水 平的差距已經(jīng)成為我們衛(wèi)星事業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì) DFH 4 衛(wèi)星有效載荷最大起飛重量 5100Kg 在軌壽命 15 年除了具有更大 的有效載荷裝載能力以外還具有更大的適應(yīng)能力這使得 DFH 4 平臺(tái)能 夠滿足未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)對(duì)大型地球靜止軌道通信衛(wèi)星平臺(tái)的要求成 為真正意義上的共用平臺(tái) 二 結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)簡(jiǎn)述 對(duì)于結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)而言主要性能要求為 強(qiáng)度衛(wèi)星在地面操作發(fā)射過(guò)程和在軌工作其間結(jié)構(gòu)應(yīng)不發(fā)生破壞和 影響使用的變形 剛度結(jié)構(gòu)部件的固有頻率不得與安裝在其上的儀器設(shè)備的固有頻率接近 整星的固有頻率不得與運(yùn)載的固有頻率接近 質(zhì)量限制結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以減輕結(jié)構(gòu)重量 電導(dǎo)通衛(wèi)星結(jié)構(gòu)所有導(dǎo)電性部件均應(yīng)是電導(dǎo)通的并能為星上儀器實(shí)現(xiàn) 所需要的電導(dǎo)通 熱控滿足對(duì)于星體的熱防護(hù)要求 接口保證與天線太陽(yáng)電池陣及運(yùn)載火箭的接口要求 由于衛(wèi)星發(fā)射重量由 DFH 3 衛(wèi)星的 2300Kg 增加到 5100Kg使衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分 系統(tǒng)所承擔(dān)的載荷有了很大幅度的提高所以在以上幾個(gè)方面及可靠性 工藝性及適應(yīng)能力等方面對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求如何把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 加工及部裝的質(zhì)量周期和成本風(fēng)險(xiǎn)降至最低已成為擺在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程 師面前的一個(gè)重要課題 三 三維仿真設(shè)計(jì)的實(shí)施 在三維仿真設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用的是 PTC 公司的 Pro ENGINEER 軟件其最 大的優(yōu)點(diǎn)是能夠提供一個(gè)自頂向下Top down的三維設(shè)計(jì)環(huán)境自頂向 下設(shè)計(jì)是一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法在此方法中首先捕捉頂級(jí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)然后將 此信息從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的頂級(jí)傳遞到所有的子系統(tǒng)使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師從而可 以使用協(xié)調(diào)一致的設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)三維仿真設(shè)計(jì) 1創(chuàng)建整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的布局Layout 布局用于自頂向下Top down的設(shè)計(jì)環(huán)境中控制組件的設(shè)計(jì)意圖 包含在布局中的信息有2 D 非參數(shù)化草繪的幾何全局尺寸和參數(shù) 列表數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)注釋等 圖 1 即為 DFH 4 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的布局 圖 1 DFH 4 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)布局 在圖 1 中尺寸均來(lái)自總體要求為衛(wèi)星外形及結(jié)構(gòu)連結(jié)板之間的基本位置 關(guān)系通過(guò)將全局尺寸和參數(shù)結(jié)合即可以達(dá)到控制設(shè)計(jì)的作用 2組織布局 將控制衛(wèi)星外形及結(jié)構(gòu)連結(jié)板之間的基本位置的參數(shù)列表如圖 2 所示 圖 2 參數(shù)列表 圖 2 表中的尺寸為參數(shù)所驅(qū)動(dòng)在設(shè)計(jì)中可通過(guò)更改參數(shù)的值達(dá)到更改外 形 尺寸結(jié)構(gòu)板尺寸及板間的基本位置尺寸的目的此參數(shù)可設(shè)置權(quán)限 即只有一定權(quán)限的設(shè)計(jì)師才有權(quán)更改或在設(shè)計(jì)布局中不斷增加參數(shù)化設(shè) 計(jì)也使得衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的系列化成為可能極大的縮短了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)周期 減少了由于衛(wèi)星尺寸變化帶給設(shè)計(jì)師的工作量 3建立骨架Skeleton模型 骨架模型以 3 D 形式表示布局中的設(shè)計(jì)信息并由布局中的參數(shù)所控 制圖 3 即為 DFH 4 衛(wèi)星布局所控制的骨架模型即將結(jié)構(gòu)的空間位置 用曲面Surface的形式完全表達(dá) 此骨架模型可共用于總體的儀器布局和結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)的部裝設(shè)計(jì)鎖后 可分別進(jìn)行設(shè)計(jì)可大大節(jié)約設(shè)計(jì)周期 圖 3 骨架模型 4 通過(guò)骨架模型的數(shù)據(jù)共享功能創(chuàng)建子組件子骨架元件 將設(shè)計(jì)信息 曲面 基準(zhǔn)面 基準(zhǔn)軸 通過(guò) 復(fù)制幾何Copy Geometry 功能傳遞即可完成對(duì)子組件元件的空間定位和尺寸的確定并可 分工負(fù)責(zé)由團(tuán)隊(duì)并行設(shè)計(jì)節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間 在生成實(shí)體的基礎(chǔ)上增加各子組件元件的開(kāi)口孔的特征 由圖 4 至圖 6 可清晰的看出這種設(shè)計(jì)意圖 圖 4 服務(wù)艙南電池板 圖 5 承力筒組件 圖 6 隱藏曲面后的承力筒組件 5創(chuàng)建連接角條零件 由于 DFH 4 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)采用后埋及角條連接連接角條有百余根 但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單故采用直接生成三維零件通過(guò)與結(jié)構(gòu)板的面和孔配 合定位達(dá)到直接裝配到大裝配中的目的 圖 7 中板與東西板的連接角條 6生成整個(gè)大裝配 使用包裝功能將元件放置在組件窗口內(nèi)因?yàn)榭臻g幾何位置均 為同一骨架創(chuàng)建所以能夠保證個(gè)子組件元件位置的正確 圖 8 整星結(jié)構(gòu)的大裝配 圖 9 整星結(jié)構(gòu)角條與孔的位置關(guān)系 圖 10 服務(wù)艙局部放大圖 四 在衛(wèi)星設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師根據(jù)總體的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求在保 證各艙段結(jié)構(gòu)板開(kāi)口要求的情況下確定板間連接關(guān)系以二維工程圖的 形式提供給加工生產(chǎn)單位主要應(yīng)用軟件為 AutoCAD其主要缺點(diǎn)是各 尺寸之間無(wú)關(guān)聯(lián)無(wú)法實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)工程師獨(dú)立于組件外設(shè)計(jì)各個(gè)元 件需要用手工方法保證元件的正確配合以符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)者常會(huì)在 創(chuàng)建組件后發(fā)現(xiàn)無(wú)法裝配例如兩板之間連接后埋塊位置不符檢測(cè)出問(wèn) 題后設(shè)計(jì)者需手工調(diào)整每個(gè)模型而隨著結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性增加檢測(cè)和糾 正這些矛盾會(huì)消耗大量的時(shí)間 利用三維參數(shù)化設(shè)計(jì)其優(yōu)點(diǎn)如下 1 縮短總體與結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)時(shí)間與工作量由于使用同層骨架 使得儀器孔位得以更快更準(zhǔn)確的確定 2 加工成產(chǎn)品前即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化部裝即可提高部裝的準(zhǔn)確性又檢 驗(yàn)了各結(jié)構(gòu)板連接的正確性同時(shí)合理的利用了時(shí)間 3 尺寸為參數(shù)化驅(qū)動(dòng)為產(chǎn)品的系列化及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)修改提供了很大的方 便 4 可以通過(guò)輸入零件密度的方法直接計(jì)算出結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)的重量以及質(zhì) 心等達(dá)到更優(yōu)化的設(shè)計(jì) 5 利用 Pro ENGINEER 的二維工程圖功能可直接出元件及組件的二維 工程圖對(duì)于外形復(fù)雜元件 例如 SADA 支架 的設(shè)計(jì) 能夠更加方便和 準(zhǔn)確 并且達(dá)到尺寸的互相關(guān)連減少設(shè)計(jì)中的人為差錯(cuò)和工作量 6 通過(guò) Pro ENGINEER 的力學(xué)分析模塊可進(jìn)行整星結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力分析 五 結(jié)束語(yǔ) 在衛(wèi)星的設(shè)計(jì)中 設(shè)計(jì)師運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)手段 在全面嚴(yán)格的計(jì) 算分析基礎(chǔ)上的工作是由為重要的結(jié)構(gòu)平臺(tái)是衛(wèi)星共用平臺(tái)的骨架它 的適應(yīng)能力的大小將直接決定衛(wèi)星平臺(tái)的適應(yīng)能力和發(fā)展前途如何全面 綜合生產(chǎn)周期成本通用性等多方面因素最大程度的降低各方面的研 制風(fēng)險(xiǎn)提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性是擺在設(shè)計(jì)