1       设计任务

某卫星通信系统天线支架初始设计方案如下图所示,图中右侧质量点为天线重心位置，天线自重约0.5kg，材料特种钢材。同支架通过三个螺钉连接，支架材料为尼龙.在制造、装配、运输、运载、在轨运行阶段最大静载荷约10g过载。

天线支架和卫星本体通过图中所示的固定点位置的螺钉连接，数量4。不考虑支架和安装面的耦合。

UV天线支架

结构初始设计方案完成后，转inspire做初步受力分析和，优化。

2       受力分析

PS：此处给出第一个使用inspire的理由，同我们使用的设计软件无缝兼容，可以直接导入装配和零件的3d模型。

2.1          如上图figure1所示，设置固定连接；

2.2          在质心位置建立质量点，并添加质量点和安装孔的固定连接；

2.3          设置材料为尼龙（plastic nylon）；

2.4          受力选择加速度，y防线，20g（此处载荷为设计载荷）

2.5          打开运行，单元尺寸为auto，速度精度选更快，重力选择是。

2.6          在我敲文档的时候，运行结果已经出来，耗时1分零8秒。直接显示最大位移和最小位移，如上图figure3所示。

PS：此处给出第二条使用inspire的理由，那就是快。

2.7          修改结果为米塞斯等效应力，结果如下图所示

米塞斯等效应力

2.8          应为不记得尼龙的许用应力是多少，直接查看安全系数，如下图所示

安全系数

根据相关标准，在使用设计载荷的情况下，安全系数取1.25，那么上图显示最小安全系数3，最大安全系数5199，以上设计有很大的优化余地。

3       优化设计

3.1          选定设计空间（去除相关分割的原始设计零件）

3.2          选择优化

优化设置

如上图所示，修改频率约束为最大化频率，重力条件为是，其余默认。让我们来看看需要多久。

3.3          在计算间隔，我们来说说我的电脑吧：大概是11年京东买的dell，我把机械硬盘拆了换的固态硬盘（那是相当的难拆，还把键盘拆坏了）。加了内存到8g。inspire运行时的系统状态如下图所示，我觉得inspire有个缺点，显卡的计算量没有使用，是很浪费系统资源的。

Figure 7 任务管理器状态

3.4          分享一点机械类仿真软件的经验，最近因为换了组，打算和小伙伴们一起选用一款合适的仿真软件的缘故，试用了很多款软件。为了防止大家认为我在做广告，就不安利软件了。我发现几乎所有的仿真软件，不管是ansys，abaqus还是inspire，在计算的初期，基本就是网格的阶段，都不怎么使用cpu的并行计算功能。每次就是一个核心在那里孤独的跑啊跑的。我现在用的工作站是个dell的，cpu主频1.6，每次我都哭啊哭的等着：1个cpu跑软件，1个或者一个半cpu跑系统，剩下的几个班的cpu看着。

3.5          优化结果如下图所示，优化用了18min。

Figure 8 优化结果

3.6          对优化后的结果重新进行分析，如下图

Figure 9 2次力学分析

Figure 10 计算结果对比

3.7          如上图所示，其实还有优化余地，于是，继续优化，其余条件不变的情况下，质量目标：设计空间总体积百分比改为25，如下图所示。

Figure 11 2次优化设置

3.8          2次优化结果

Figure 12 2次优化结果

3.9          同样，对2次优化结果进行力学分析

Figure 13 第三次力学分析（对象为2次优化结果）

3.10       对比结果

Figure 14 结果对比

4  工程化

针对上文结果，使用polynurbs进行修改，本文使用自适应模块，结果如下图所示

polynurbs工具处理后的模型

5           总结

在本次设计初期并没有限定零件的加工方式，使用inspire优化后，选择3D打印生成零件就成为最理想的方式。目前行业3D打印价格大约在80元/g，这样的话，本次零件质量由30g降低为8g将节省1760元的加工费，同时也节省了很多的时间。

如果还是要采用传统的机械加工方式进行零件加工的话，需要对优化后的对象进行工程化的设计，同时，这种复杂零件还会增加加工难度。

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