撰文/中国航天员科研训练中心 刘　磊 马爱军 刘洪英 石　蒙



基于HyperStudy的航天器结构多目标优化设计

撰文/中国航天员科研训练中心 刘磊 马爱军 刘洪英 石蒙

对于正在研制的载人航天某装置，设计过程中存在最小化质量、最大化一阶整体振动频率的多目标优化问题，文中基于HyperStudy平台，利用多目标遗传算法对其求解得到多目标的Pareto最优解集，并与加权目标法得到的优化解进行对比，最终确定了最优结构。优化后结构设计域质量降低11.7%，一阶整体振动频率提高2.7%，优化效果明显。

一、引言

航天器在发射过程中要经历复杂的动力学环境，因而在航天产品结构设计中振动是考虑的重要因素。而模态是结构振动形式的直接体现，在航天产品设计中，一般希望结构固有频率（特别是低阶频率）尽可能的大，以远离火箭发射过程中的振动频率，从而避免发生共振而造成结构损坏。另一方面，航天器发射过程中对装载的航天产品质量有着苛刻的要求，航天器质量每减少1kg，发射成本可以节省一万美元，因此航天产品结构的减重设计越来越得到重视。

对于正在研制的载人航天某装置，设计阶段对其进行有限元建模，然后进行模态分析，得到其固有频率和固有振型，在研制阶段对其进行优化设计，以达到节省研制周期与成本的目的。该装置有两个优化目标，一个目标是结构一阶整体振动频率最大，另一个目标是结构整体质量最小。

对于结构的多目标优化问题，可以采用加权目标法求解，为每一个目标设定一个权重系数，将多目标问题转化为单目标问题。……