(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111435859.1 (22)申请日 2021.11.29 (71)申请人 中国运载火箭 技术研究院 地址 100076 北京市丰台区南大红门路1号 (72)发明人 邓思超　徐振亮　吴胜宝　汪小卫　 肖肖　张恒浩　孔令超　庄方方　 张展智　艾立强　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 陈鹏 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/02(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值系 统及方法 (57)摘要 基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值系 统及方法， 包括： 运载火箭三维建模模块、 气动疲 劳载荷转换模块、 疲劳载荷后处理模块； 运载火 箭三维建模模块建立运载火箭精细化的三维有 限元模型； 气动疲劳载荷转换模块获得上级输入 的气动疲劳载荷， 采用适用于运载火箭的气动疲 劳载荷最小变形能转换算法， 获得最小变形能； 根据最小变形能获得疲劳载荷在三维有 限元模 型中相对质心的力和 力矩完成赋值处理； 疲劳载 荷后处理模块根据疲劳载荷在三维有 限元模型 中相对质心的力和 力矩， 判定运载火箭的气动疲 劳载荷转换算法是否满足使用要求。 本发明解决 了运载火箭疲劳载荷精细化赋值问题， 使得运载 火箭的载荷设计更合理， 有效减小设计余量， 提 高结构安全性和可靠性。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 114218823 A 2022.03.22 CN 114218823 A 1.基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值系统， 其特征在于， 包括： 运载火箭三维建模 模块、 气动疲劳载荷转换模块、 疲劳载荷后处 理模块； 运载火箭 三维建模 模块： 建立 运载火箭精细化的三维有限元模型； 气动疲劳载荷转换模块： 获得上级输入的气动疲劳载荷， 采用适用于运载火箭的气动 疲劳载荷最小变形能转换算法， 获得最小变形能； 根据最小变形能获得疲劳载荷在三维有 限元模型中相对质心的力和力矩完成赋值处 理； 疲劳载荷后处理模块： 根据疲劳载荷在三维有限元模型中相对质心 的力和力矩， 判定 运载火箭的气动疲劳载荷转换算法是否满足使用要求。 2.根据权利要求1所述的基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值系统， 其特征在于， 三 维有限元模型用于模拟运载火箭结构形式、 布局、 质心、 转动惯量和连接刚度。 3.根据权利要求2所述的基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值系统， 其特征在于， 气 动疲劳载荷转换模块获得最小变形能U的方法， 具体为： 其中： Uj为有限元节点j的变形 能； EJ为假设梁的抗弯刚度； Pj为有限元节点j的力； Lj为 有限元节点j到最近气动疲劳载荷节点的距离； PA为气动疲劳模型的合力； xj、 yj、 zj为有限 元节点j的三方向坐标 ； xA、 yA、 zA为气动疲劳载荷模型 质心的三方向坐标 ； λ, λx, λy, λz为拉格朗日乘子法建立极值函数中的乘 子， n为有限元模型节点数。 4.根据权利要求2或3所述的基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值系统， 其特征在 于， 疲劳载荷后处理模块判定运载火箭的气动疲劳载荷转换算法是否满足使用 要求的方 法， 具体为： 21)计算相对运载火箭质心的气动疲劳载荷的合力F和合力矩M； 22)根据疲劳载荷在三维有限元模型中相对质心的力和力矩， 计算基于质心的有限元 载荷合力和合力矩； 23)获得气动疲劳载荷的合力与有限元载荷合力的差值x1， 获得气动疲劳载荷的合力权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114218823 A 2矩与有限元 载荷合力矩的差值x2； 24)若x1<0.5％F， 且x2<0.5％M； 则判定气动疲劳载荷转换算法满足使用要求； 反之， 则 判定气动疲劳载荷转换算法不满足使用要求。 5.基于三维模型的运载火箭 疲劳载荷赋值方法， 其特 征在于， 包括 步骤如下： 1)建立运载火箭的三维有限元模型， 并进行网格划分； 2)获得上级输入的气动疲劳载荷， 采用适用于运载火箭的气动疲劳载荷最小变形能转 换算法， 获得最小变形能； 3)根据最小变形能获得疲劳载荷在三维有限元模型中相对质心的力和力矩， 完成赋值 处理； 4)根据疲劳载荷在三维有限元模型中相对质心的力和力矩， 判定运载火箭的气动疲劳 载荷转换算法是否满足使用要求； 如果不符合要求， 重新划分 网格并返回步骤1)， 直至运载 火箭的气动疲劳载荷转换算法满足使用要求(不同的重复循环是改变了网格划分， 即三维 有限元节点的三方向坐标， 重复步骤1)～3) )。 6.根据权利要求5所述的基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值方法， 其特征在于， 步 骤1)中三维有限元模型模拟运载火箭真实的结构形式、 布局、 质心、 转动惯量和连接刚度。 7.根据权利要求6所述的基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值方法， 其特征在于， 步 骤2)获得最小变形能的方法， 具体为： 其中： Uj为有限元节点j的变形 能； EJ为假设梁的抗弯刚度； Pj为有限元节点j的力； Lj为 有限元节点j到最近气动疲劳载荷节点的距离； PA为气动疲劳模型的合力； xj、 yj、 zj为有限 元节点j的三方向坐标 ； xA、 yA、 zA为气动疲劳载荷模型 质心的三方向坐标 ； λ, λx, λy, λz为拉格朗日乘子法建立极值函数中的乘 子， n为有限元模型节点数。 8.根据权利要求6所述的基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值方法， 其特征在于， 步 骤4)判定运载火箭的气动疲劳载荷转换算法是否满足使用要求的方法， 具体为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114218823 A 3