發(fā)布時間：2017-10-22 11:05

  本文關(guān)鍵詞：蜂窩夾芯熱防護系統(tǒng)的熱分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

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【摘要】：由于嚴(yán)峻的飛行環(huán)境和特殊的飛行任務(wù),與普通飛機相比,航天飛行器結(jié)構(gòu)的熱防護系統(tǒng)的性能要求高,其設(shè)計極為重要。本文對航天結(jié)構(gòu)的蜂窩夾芯熱防護系統(tǒng)進(jìn)行了熱分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,具體內(nèi)容如下：本文以航天飛行器結(jié)構(gòu)的防熱-承載一體化設(shè)計的蜂窩夾芯熱防護系統(tǒng)作為研究對象,首先,基于有限元分析軟件ABAQUS對蜂窩夾芯熱防護系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,數(shù)值模型中采用了不考慮對流換熱邊界條件的熱傳導(dǎo)平板模型進(jìn)行近似計算,由蜂窩芯填充防熱涂料所構(gòu)成的防熱層部分的等效熱傳導(dǎo)系數(shù)由文獻(xiàn)中不同計算方法得到,其中最優(yōu)方法所得結(jié)果與試驗值的誤差約為5%,研究表明不同的網(wǎng)格尺寸和表面反射率對計算結(jié)果影響不大。其次,對具有熱防護系統(tǒng)的主承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行了熱應(yīng)力分析,其中蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)采用三維有限元模型,施加的熱載荷邊界條件為通過熱傳導(dǎo)計算得到的溫度場,比較了不同防熱層厚度和有無防熱涂料時熱應(yīng)力的差別,結(jié)果表明熱防護系統(tǒng)的隔熱效果越好,主承載結(jié)構(gòu)的溫度越低,熱應(yīng)力越小,溫度變化對結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力的影響較為顯著。最后,基于多學(xué)科優(yōu)化平臺Isight軟件,使用平板熱傳導(dǎo)模型對承載-防熱一體化結(jié)構(gòu)進(jìn)行了尺寸優(yōu)化設(shè)計,在滿足相應(yīng)約束條件的前提下分別達(dá)到了重量最輕和隔熱能力最強的優(yōu)化目標(biāo),并分別對優(yōu)化后的蜂窩夾芯板進(jìn)行熱應(yīng)力計算。計算結(jié)果表明：重量最輕的設(shè)計方案與原結(jié)構(gòu)相比,總質(zhì)量降低了約8.79%,熱應(yīng)力變化不大；隔熱能力最強的設(shè)計方案與原結(jié)構(gòu)相比,質(zhì)量幾乎不變,背面溫度降低了約31.86%,最大Von Mises應(yīng)力降低了約45.57%。
【關(guān)鍵詞】：蜂窩夾芯結(jié)構(gòu) 熱防護系統(tǒng) 熱傳導(dǎo) 熱應(yīng)力 優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V445.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 研究背景及意義10-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3 本文研究內(nèi)容16-18
• 2 蜂窩夾芯熱防護系統(tǒng)熱傳導(dǎo)分析18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 傳熱學(xué)基本理論18-20
• 2.2.1 導(dǎo)熱18
• 2.2.2 對流18-19
• 2.2.3 熱輻射19
• 2.2.4 傳熱基本方程19-20
• 2.2.5 邊界條件20
• 2.2.6 導(dǎo)熱微分方程的適用范圍20
• 2.3 蜂窩夾芯板熱傳導(dǎo)試驗20-23
• 2.3.1 試驗件20-21
• 2.3.2 試驗過程21-22
• 2.3.3 試驗結(jié)果22-23
• 2.4 等效熱傳導(dǎo)系數(shù)計算23-26
• 2.4.1 只考慮防熱材料24
• 2.4.2 簡單混合計算24
• 2.4.3 改進(jìn)的混合計算24-25
• 2.4.4 參數(shù)辨識計算25
• 2.4.5 等效復(fù)合材料計算25-26
• 2.5 數(shù)值模擬26-32
• 2.5.1 問題描述26-27
• 2.5.2 有限元模型27-28
• 2.5.3 計算結(jié)果28-30
• 2.5.4 結(jié)果討論與分析30-32
• 2.6 本章小結(jié)32-34
• 3 蜂窩夾芯熱防護系統(tǒng)熱應(yīng)力分析34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 熱應(yīng)力的產(chǎn)生34-35
• 3.3 熱應(yīng)力計算35-46
• 3.3.1 熱應(yīng)力計算理論35
• 3.3.2 有限元法計算過程35-39
• 3.3.3 材料屬性39
• 3.3.4 邊界條件39-40
• 3.3.5 熱載荷40-41
• 3.3.6 熱應(yīng)力計算結(jié)果41-46
• 3.4 結(jié)果分析46
• 3.5 本章小結(jié)46-48
• 4 蜂窩夾芯熱防護系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計48-64
• 4.1 引言48
• 4.2 優(yōu)化設(shè)計理論48-49
• 4.3 優(yōu)化算法簡介49-51
• 4.3.1 多島遺傳算法49-51
• 4.3.2 序列二次規(guī)劃算法51
• 4.4 Isight軟件簡介51
• 4.5 優(yōu)化設(shè)計過程51-56
• 4.5.1 試驗設(shè)計51-53
• 4.5.2 優(yōu)化問題一53-54
• 4.5.3 優(yōu)化問題二54-56
• 4.5.4 混合優(yōu)化方法56
• 4.6 優(yōu)化設(shè)計結(jié)果56-63
• 4.6.1 優(yōu)化問題一計算結(jié)果56-60
• 4.6.2 優(yōu)化問題二計算結(jié)果60-63
• 4.7 本章小結(jié)63-64
• 5 結(jié)論與展望64-66
• 5.1 結(jié)論64
• 5.2 工作展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況69-70
• 致謝70-71

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1078063