Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu phương pháp thiết kế tối ưu kết cấu vỏ khoang tên lửa đối hải dưới âm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> <br /> BỘ QUỐC PHÒNG<br /> <br /> VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ<br /> <br /> VŨ TÙNG LÂM<br /> <br /> NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TỐI ƯU<br /> KẾT CẤU VỎ KHOANG TÊN LỬA ĐỐI HẢI DƯỚI ÂM<br /> <br /> Chuyên ngành: CƠ KỸ THUẬT<br /> Mã số: 62 52 01 01<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT<br /> <br /> Hà Nội, 2016<br /> <br /> CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI<br /> VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ-BỘ QUỐC PHÒNG<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học:<br /> 1. PGS. TS. Nguyễn Văn Chúc<br /> 2. TS. Trần Ngọc Thanh<br /> Phản biện 1: GS. TSKH. Nguyễn Đông Anh<br /> Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam<br /> Phản biện 2: PGS. TS. Đặng Ngọc Thanh<br /> Học viện Kỹ thuật quân sự<br /> Phản biện 3: PGS. TS. Nguyễn Trang Minh<br /> Viện Khoa học và Công nghệ quân sự<br /> <br /> Luận án được bảo vệ tại hội đồng chấm luận án tiến sĩ và họp tại<br /> Viện Khoa học và Công nghệ quân sự vào hồi .....giờ, ngày....<br /> tháng.....năm .....<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> - Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự<br /> - Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> <br /> 1<br /> MỞ ĐẦU<br /> Tính cấp thiết của đề tài: Nắm vững và phát triển các phương pháp<br /> thiết kế, chế tạo và thử nghiệm khí cụ bay (KCB) trong đó có tên lửa là một<br /> yêu cầu cấp thiết nhằm tăng cường sức mạnh, hiện đại hóa quân đội. Trong<br /> tên lửa, vỏ khoang là kết cấu chịu lực chính, quá trình thiết kế các kết cấu<br /> này không chỉ tính đến các chỉ tiêu độ bền, độ cứng mà còn chú ý đến các<br /> chỉ tiêu khác đặc biệt là khối lượng kết cấu. Các phương pháp thiết kết<br /> truyền thống không đáp ứng được việc đánh giá đầy đủ các đặc tính của kết<br /> cấu nhanh chóng và chính xác. Theo quan điểm hiện đại, thiết kế kết cấu vỏ<br /> khoang tên lửa được coi là bài toán tối ưu hóa. Bài toán này là bài toán tối<br /> ưu kết cấu vỏ mỏng với hàm mục tiêu là khối lượng và các ràng buộc chính<br /> là độ bền, độ ổn định.<br /> Tối ưu kết cấu vỏ đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu, tuy vậy<br /> việc giải quyết một cách toàn diện bài toán này vẫn còn các hạn chế: thiết<br /> lập bài toán tối ưu chưa xây dựng được không gian tìm kiếm chứa đựng<br /> được đầy đủ các phương án khả dĩ; chưa hiệu quả trong giải các bài toán đa<br /> ràng buộc đặc biệt khi có kể đến các ràng buộc ổn định; việc phân tích kết<br /> cấu vỏ khi có kể đến các vấn đề về ổn định, ứng xử phi tuyến... hiện nay<br /> vẫn khó khăn. Từ các lý do kể trên việc nghiên cứu phương pháp thiết kế<br /> tối ưu vỏ khoang tên lửa là một vấn đề có ý cấp thiết.<br /> Mục tiêu của luận án: xây dựng được các phương pháp hiệu quả<br /> trong thiết lập và giải quyết bài toán tối ưu cấu trúc và tham số cho vỏ<br /> khoang tên lửa chịu đồng thời ràng buộc độ bền và ổn định; xây dựng được<br /> chương trình tính toán thiết kế tối ưu, áp dụng để thiết kế tối ưu cho khoang<br /> điển hình của lớp tên lửa hành trình đối hải dưới âm.<br /> Nội dung nghiên cứu: nghiên cứu thiết lập, giải bài toán tối ưu cấu<br /> trúc và tham số vỏ khoang tên lửa kể đến đồng thời các ràng buộc độ bền<br /> và ổn định; xây dựng chương trình số, áp dụng giải bài toán tối ưu kết cấu<br /> cho khoang điển hình một loại tên lửa đối hải dưới âm; nghiên cứu thử<br /> nghiệm, đánh giá vỏ khoang đã thiết kế.<br /> Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: phương pháp thiết lập và giải bài<br /> toán thiết kế tối ưu cấu trúc và tham số cho vỏ khoang tên lửa đối hải dưới<br /> âm (chỉ có các tác động cơ học) với mục tiêu tối thiểu hóa khối lượng trong<br /> khi đảm bảo độ bền và ổn định.<br /> Phương pháp nghiên cứu: kết hợp mô hình vật lý mô tả đối tượng<br /> thiết kế và phương pháp phân tích kết cấu để thiết lập bài toán tối ưu vỏ<br /> khoang tên lửa; kết hợp và biến đổi các phương pháp tối ưu toán đã được<br /> nghiên cứu để xây dựng phương pháp giải bài toán tối ưu phù hợp; kết hợp<br /> các thuật toán tối ưu và thuật toán PTHH để xây dựng giải thuật và chương<br /> trình tính toán; sử dụng phần mềm ANSYS để thực nghiệm mô phỏng.<br /> <br /> 2<br /> Ý nghĩa khoa học của luận án: Bổ sung cơ sở lý luận cho các<br /> phương pháp tính toán thiết kế kết cấu trong KCB nói chung và tên lửa nói<br /> riêng. Xây dựng được phương pháp tính toán thiết kế các kết cấu vỏ<br /> khoang tên lửa theo hướng tối ưu hóa, trong đó giải quyết được các khó<br /> khăn chính trong thiết lập mô hình toán và các phương pháp hiệu quả để<br /> giải quyết bài toán; kết quả của luận án khẳng định hiệu quả của việc thiết<br /> kế các kết cấu vỏ khí cụ bay theo hướng tối ưu và làm phong phú thêm dữ<br /> liệu tính toán thiết kế tên lửa.<br /> Ý nghĩa thực tiễn của luận án: Kết quả nghiên cứu của luận án đáp<br /> ứng việc giải quyết các nhiệm vụ thiết kế vỏ khoang tên lửa, phục vụ trực<br /> tiếp cho công tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo tên lửa trong nước.<br /> Luận án gồm phần mở đầu, kết luận và 4 chương được trình bày<br /> trong 128 trang, ngoài ra còn có phần phụ lục trình bày code chương trình.<br /> Chương 1. TỔNG QUAN THIẾT KẾ TỐI ƯU<br /> VỎ KHOANG TÊN LỬA<br /> 1.1. Bài toán thiết kế tối ưu vỏ khoang tên lửa<br /> 1.1.1. Đặc điểm kết cấu của vỏ khoang tên lửa<br /> Trong KCB nói chung và tên lửa nói riêng, các khoang thực hiện các<br /> chức năng: đảm bảo hình dạng khí động; cung cấp không gian lắp đặt thiết<br /> bị; liên kết các bộ phận; chịu lực chính. Các yêu cầu cơ bản đối chúng gồm:<br /> nhận và truyền một cách tin cậy tất cả các tải trọng, đảm bảo độ bền, độ<br /> cứng, độ ổn định, có khối lượng nhỏ, đảm bảo độ kín, thuận tiện trong sử<br /> dụng. Các vỏ khoang thường là các kết cấu dạng vỏ trơn, vỏ gia cường, vỏ<br /> nhiều lớp. Trong thực tế chế tạo tên lửa, vỏ có các gân gia cường được áp<br /> dụng rộng rãi nhất.<br /> 1.1.2. Tải trọng tác động lên vỏ khoang tên lửa<br /> Các tải tác động lên vỏ khoang tên lửa dưới âm chủ yếu là các tải cơ<br /> học gồm (hình 1.4): áp lực khí động phân bố trên bề mặt vỏ, tải phân bố do<br /> khoang phía trước, trọng lực và lực quán tính của bản thân vỏ khoang, tải<br /> trọng của các thiết bị.<br /> <br /> Hình 1.4. Các tải trọng tác động lên khoang tên lửa<br /> <br /> 3<br /> 1.1.3. Thiết kế tối ưu vỏ khoang tên lửa<br /> Thiết kế vỏ khoang tên lửa theo phương pháp thông thường (hình<br /> 1.10) có nhược điểm là chất lượng thiết kế phụ thuộc kinh nghiệm, khó có<br /> khả năng tự động hóa. Thiết kế vỏ khoang theo phương pháp tối ưu (hình<br /> 1.11) có các ưu điểm chính: có thể toán học hóa ở dạng một quy hoạch với<br /> các ràng buộc dạng bất đẳng thức, không phụ thuộc quá nhiêu vào người<br /> thiết kế. Bài toán thiết kế tối ưu vỏ khoang tên lửa có đặc điểm sau: các<br /> biến thiết kế đa dạng, hàm mục tiêu là khối lượng kết cấu, các ràng buộc là<br /> độ bền và ổn định. Thiết kế tối kết cấu được chia thành hai bài toán: tối ưu<br /> cấu trúc xác định cấu hình tối ưu của kết cấu; tối ưu tham số tìm các tham<br /> số tối ưu của các phần tử kết cấu.<br /> Thông số ban đầu<br /> <br /> Thông số ban đầu<br /> <br /> Tính toán tải trọng, hệ số an toàn<br /> Lựa chọn sơ đồ kết cấu<br /> <br /> Tính toán tải trọng, hệ số an<br /> toàn<br /> <br /> Lựa chọn các tham số của phần tử<br /> kết cấu<br /> <br /> Xây dựng miền thiết kế<br /> <br /> Không đạt<br /> Kiểm tra<br /> đánh giá<br /> Đạt<br /> Phương án kết cấu hợp lý<br /> Hình 1.10. Sơ đồ quá trình thiết kế<br /> thông thường<br /> <br /> Các thủ tục tối ưu<br /> <br /> Kết cấu tối ưu<br /> Hình 1.11. Sơ đồ quá trình<br /> thiết kế tối ưu<br /> <br /> 1.2. Tổng quan nghiên cứu về thiết kế tối ưu vỏ khoang tên lửa<br /> 1.2.1. Thiết lập bài toán tối ưu<br /> Bài toán thiết kế tối ưu được thiết lập trên cơ sở các mô hình mô tả<br /> đối tượng thiết kế và phương pháp phân tích kết cấu.<br /> Có nhiều dạng mô hình mô tả đối tượng thiết kế khác nhau. Mô hình<br /> trực tiếp sử dụng biến thiết kế là kích thước của đối tượng thiết kế, mô hình<br /> này khó thiết lập được không gian tìm kiếm đầy đủ. Mô hình giàn coi kết<br /> cấu là hệ thanh, biến thiết kế là sự có mặt hay không của các thanh. Mô<br /> hình đen trắng sử dụng biến thiết kế là có hay không vật liệu trong phần tử<br /> hữu hạn. Sử dụng các mô hình này không có khả năng mở rộng, dễ suy<br /> biến. Mô hình đồng nhất sử dụng biến thiết kế là các tham số vi cấu trúc<br /> của phần tử hữu hạn. Nó có nhược điểm tính toán phức tạp, độ chính xác<br /> không cao. Mô hình liên tục sử dụng biến thiết kế là mật độ trong mỗi một<br /> phần tử hữu hạn. Sử dụng mô hình này nhanh chóng, thuận tiện, có khả<br /> <br />