熱沖擊問題的溫度場分析與優(yōu)化設計.pdf

1、在微電子、激光、核電、航天等領域中,高科技元件生產(chǎn)加工過程的熱沖擊效應越來越受到關注.熱沖擊與結構耦合系統(tǒng)的設計,是工程中普遍存在的問題,特別是在航空、航天、化工等工業(yè)裝備以及電子元器件、微電子機械系統(tǒng)等結構和產(chǎn)品的設計制造方面.在數(shù)值分析基礎上的靈敏度分析、熱沖擊結構的優(yōu)化設計以及熱沖擊參數(shù)識別和控制等反問題,是一類具有廣泛應用背景的問題.因此,受熱沖擊影響的結構溫度場分析與優(yōu)化設計數(shù)值方法的研究,具有重要的理論和工程意義.該文研究熱

2、沖擊問題的溫度場分析與優(yōu)化設計的數(shù)值方法,在靈敏度分析與優(yōu)化設計方法的基礎上進行熱沖擊問題的參數(shù)識別,并且在大型有限元分析和結構優(yōu)化軟件系統(tǒng)JIFEX中實現(xiàn).該文的研究內(nèi)容由三大部分組成:1.研究熱沖擊問題的溫度場分析,闡述熱波效應的理論及其表現(xiàn);2.研究熱沖擊問題的靈敏度分析與優(yōu)化設計的數(shù)值方法;3.基于靈敏度的熱沖擊辨識問題求解方法.各章節(jié)的內(nèi)容安排如下:第一章首先綜述了熱沖擊問題的工程背景,然后分別對近幾十年基于傅立葉分析求解熱沖

3、擊問題的傳統(tǒng)方法與考慮非傅立葉效應的求解熱沖擊問題的非傳統(tǒng)方法進行了介紹.隨后回顧了熱結構優(yōu)化設計及靈敏度分析的研究現(xiàn)狀,接著介紹該文研究的軟件平臺-結構有限元分析與優(yōu)化設計系統(tǒng)JIFEX和該文采用的序列線性和二次規(guī)劃求解算法,最后概述了該文的研究內(nèi)容和完成的工作.第二章針對熱沖擊問題的特點,在分別介紹傅立葉分析的拋物型熱傳導方程(弱瞬態(tài)熱傳導方程)與非傅立葉分析的雙曲型熱傳導方程(強瞬態(tài)熱傳導方程)的基礎上,闡述了該文求解熱沖擊問題采

4、用雙曲型熱傳導方程的理論依據(jù)與求解特點.第三章從空間域與時間域兩個方面分析了有限元法與Newmark法求解雙曲型熱傳導方程的理論公式與迭代求解.并就常用的平面四節(jié)點等參元討論了其具體的有限元列式.針對強瞬態(tài)熱傳導與弱瞬態(tài)熱傳導的差別,分析了采用強瞬態(tài)熱傳導方程后短時間內(nèi)溫度分布的熱波效應.最后的算例表明,該章的算法精確度很高.第四章討論了熱沖擊問題的靈敏度分析方法.首先介紹拋物型熱傳導方程靈敏度分析的直接法和伴隨法求解格式,然后推導了雙

5、曲型熱傳導方程靈敏度分析的直接法求解格式,接下來介紹了靈敏度分析的半解析方法.最后的算例表明,該章的靈敏度分析算法精確度很高.第五章研究熱沖擊結構優(yōu)化設計的方法.首先介紹了優(yōu)化模型的建立及求解方法,隨后就序列近似規(guī)劃方法介紹了一些保證收斂的數(shù)值技術.最后給出數(shù)值算例,計算表明該章的優(yōu)化設計方法是有效的.第六章討論了基于靈敏度的熱沖擊辨識問題的求解方法.首先提出了該類熱傳導反問題的模型建立方法及求解方法,然后給出了雙曲型熱傳導方程靈敏度分