题目：磁力矩器结构优化设计

磁力矩器是卫星姿态控制的关键机构。随着磁力矩器在近地卫星以及微纳卫星上的广泛应用，人们对磁力矩器的研究也越来越深入，这些研究主要集中在磁力矩器的地面模拟实验测量，工作磁棒的设计以及输出磁矩算法的实现，但是结构强度方面的研究却很少。针对这一问题，本文在论述磁力矩器相关工作环境，工作原理及国内外研究现状的基础上，开展了磁力矩器的结构强度优化设计方面的研究。

首先对加速度试验环境进行解析分析和数值方法的模拟。用解析方法分析判断磁力矩器的关键部位的应力影响因素，并给出相应的解析关系。使用有限元软件ANSYS进行数值模拟，将解析方法结果与数值模拟进行对比，确定了有限元结果的正确性，为后文的有限元模拟提供了理论依据。

其次，针对某一型号的磁力矩器进行振动特性分析。在合理确定边界条件的基础上，计算它的固有模态。在确定磁力矩器正弦振动载荷，随机振动载荷以及冲击载荷的基础上，采用数值模拟以及试验的方法，计算模型整体以及各个关键部分的应力分布。得到了该模型的前十阶固有频率以及在相应载荷条件下的最大应力值，确定了磁力矩器能够满足强度设计要求。

再次，针对同一型号的磁力矩器进行温度场分析，并计算其热应力。以热力学计算的要求，对磁力矩器进行三维有限元实体建模、网格划分。根据磁力矩器的工作条件，设定合理的计算边界条件。对磁力矩器不同工作状态下的温度场进行计算。以温度场计算的实体模型及网格划分为基础，设定材料的热力学参数；选定合理的外界温度，以稳态温度场为基础，对磁力矩器进行工作热应力的计算。温度场的分布以及温度应力的数值都在允许使用范围之内。

最后在以上几章的基础上，总结磁力矩器的强度校核及设计过程中方法，设计出了快速校核计算的相关软件。以Visual Studio 2012为平台，C#为程序语言，Access为数据库软件，设计磁力矩器优化设计软件。从而实现磁力矩器的快速设计与强度校核。该系统可以实现在ANSYS中对磁力矩器进行参数化建模。使磁力矩器的参数改变时，有限元软件中模型自动改变，并能够将网格的密度调整到所需要的计算精度。将静力分析、模态分析、振动响应分析、冲击响应、温度场分析、温度应力分析写成参数化语言，能够在模型改变的情况下，自动加载计算，并按要求的格式输出数据，最后将输出的数据与优化参数一起写入数据库软件中，形成磁力矩器优化设计数据库。设计可视化界面，使上述功能能够在后台调用ANSYS软件实现。