本文關(guān)鍵詞：防隔熱一體化熱防護結(jié)構(gòu)的梯度層設(shè)計與整體優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 熱防護 防隔熱一體化 多目標優(yōu)化 不確定性分析 可靠性優(yōu)化

【摘要】：防隔熱一體化熱防護結(jié)構(gòu)通過將防熱材料與輕質(zhì)隔熱材料進行組合,簡化了熱防護系統(tǒng)防、隔熱結(jié)構(gòu)設(shè)計,同時具有質(zhì)量輕、制備周期短的優(yōu)點,是熱防護發(fā)展的重要方向之一。但在該一體化熱防護結(jié)構(gòu)中,不同材料之間存在著性能不匹配的問題,在結(jié)構(gòu)服役過程中將產(chǎn)生極大的熱應(yīng)力,甚至導致結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。本文針對該問題,通過在不同材料之間增加梯度層,以達到緩解材料性能不匹配的目的,并從梯度層設(shè)計和整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩方面展開研究。本文首先建立了包含梯度層的防隔熱一體化熱防護結(jié)構(gòu)熱力分析有限元模型,并對其熱力響應(yīng)特征進行了分析,說明了通過在不同材料之間增加梯度層可以起到緩解材料性能不匹配的目的;通過參數(shù)試驗方法,分析了梯度層尺寸參數(shù)和組分過渡形式等因素對結(jié)構(gòu)熱力響應(yīng)的影響規(guī)律。進一步,以結(jié)構(gòu)面密度最小、整體厚度最薄、結(jié)構(gòu)徑向尺寸最大為優(yōu)化目標,建立了一體化熱防護結(jié)構(gòu)多目標優(yōu)化模型;通過分析熱流載荷作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的變化趨勢,確定了極限響應(yīng)所處時間段,提高了優(yōu)化計算效率;基于單純形法對梯度層各控制點處的材料組分體積分數(shù)進行了優(yōu)化,使得結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平大幅降低,并在此基礎(chǔ)上,以結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)作為設(shè)計變量,建立了以鄰域培植多目標遺傳算法為基礎(chǔ)的熱防護結(jié)構(gòu)多目標優(yōu)化問題求解方法,相應(yīng)優(yōu)化結(jié)果表明,所獲得的30個Pareto最優(yōu)解均接近于結(jié)構(gòu)極限響應(yīng)狀態(tài),且在目標函數(shù)空間中,Pareto前沿分布范圍較為廣泛�？紤]了載荷條件、材料性能以及結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)等因素的不確定性,采用蒙特卡洛模擬方法對多目標優(yōu)化結(jié)果中最小厚度設(shè)計方案的可靠性進行了分析,并表征了隨機輸出響應(yīng)對隨機輸入變量的敏感性;利用徑向基函數(shù)建立了輸入?yún)?shù)與輸出響應(yīng)之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)近似模型,在此基礎(chǔ)上,利用6σ方法對一體化熱防護結(jié)構(gòu)進行了可靠性優(yōu)化設(shè)計,相比于多目標優(yōu)化結(jié)果,可靠性優(yōu)化方案在結(jié)構(gòu)滿足可靠性要求的前提下,結(jié)構(gòu)效率進一步提升。
【關(guān)鍵詞】：熱防護 防隔熱一體化 多目標優(yōu)化 不確定性分析 可靠性優(yōu)化
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V244.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9-10
• 1.2 典型熱防護材料/結(jié)構(gòu)10-14
• 1.3 梯度材料熱力響應(yīng)分析與優(yōu)化設(shè)計14-17
• 1.4 熱防護結(jié)構(gòu)不確定分析與可靠性設(shè)計17-19
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容19-21
• 第2章 一體化熱防護結(jié)構(gòu)分析21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 熱防護結(jié)構(gòu)有限元模型21-27
• 2.2.1 梯度層建模方案21-23
• 2.2.2 整體結(jié)構(gòu)有限元模型23-27
• 2.3 熱防護結(jié)構(gòu)熱力響應(yīng)特征分析27-29
• 2.4 梯度層設(shè)計參數(shù)對結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響分析29-33
• 2.4.1 設(shè)計參數(shù)對結(jié)構(gòu)溫度響應(yīng)的影響30-31
• 2.4.2 設(shè)計參數(shù)對結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)的影響31-33
• 2.5 本章小結(jié)33-35
• 第3章 一體化熱防護結(jié)構(gòu)確定性優(yōu)化設(shè)計35-51
• 3.1 引言35
• 3.2 一體化熱防護結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型35-40
• 3.2.1 優(yōu)化設(shè)計模型的數(shù)學描述35-38
• 3.2.2 結(jié)構(gòu)極限響應(yīng)特征分析38-39
• 3.2.3 熱防護結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題求解策略39-40
• 3.3 梯度層材料組分過渡形式的優(yōu)化40-44
• 3.3.1 基于單純形法的優(yōu)化程序設(shè)計40-42
• 3.3.2 梯度層材料組分過渡形式及分析42-44
• 3.4 整體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)多目標優(yōu)化44-49
• 3.4.1 基于NCGA算法的優(yōu)化程序設(shè)計44-47
• 3.4.2 整體結(jié)構(gòu)的多目標優(yōu)化結(jié)果及分析47-49
• 3.5 本章小節(jié)49-51
• 第4章 一體化熱防護結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計51-67
• 4.1 引言51
• 4.2 不確定性參數(shù)蒙特卡洛模擬51-58
• 4.2.1 描述采樣方法51-53
• 4.2.2 不確定性參數(shù)分析53-58
• 4.3 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)近似模型58-62
• 4.4 采用6σ方法的結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計62-65
• 4.5 本章小節(jié)65-67
• 結(jié)論67-68
• 參考文獻68-72
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果72-74
• 致謝74

，

本文編號：995152