一體化熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與綜合效能評(píng)估方法研究.pdf

1、新型一體化熱防護(hù)系統(tǒng)將防隔熱與承力功能集成為一體,結(jié)構(gòu)效率高,是熱防護(hù)發(fā)展的重要方向之一。但一體化熱防護(hù)防系統(tǒng)的隔熱、承力功能相互矛盾相互制約,限制了其結(jié)構(gòu)效率的進(jìn)一步提升。本文兼顧一體化熱防護(hù)系統(tǒng)的防隔熱與承力性能,從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、綜合效能評(píng)估方法兩個(gè)方面展開研究。
　　本文首先分析了一體化熱防護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中由熱力耦合矛盾所帶來的熱短路效應(yīng)和熱不匹配效應(yīng),并通過對(duì)典型一體化熱防護(hù)的分析驗(yàn)證上述問題;通過控制熱短路熱流、提高變形匹

2、配性能設(shè)計(jì)了多種一體化熱防護(hù)改進(jìn)方案;通過分析各方案在典型載荷下的熱力響應(yīng),驗(yàn)證了改進(jìn)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的合理性;利用等效面內(nèi)性能分析方法,分析了結(jié)構(gòu)改進(jìn)對(duì)一體化熱防護(hù)面內(nèi)承力性能的影響。
　　為驗(yàn)證結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的合理性,制備了初始方案與改進(jìn)方案的組合試驗(yàn)件,通過在高真空平板石墨爐中的熱考核試驗(yàn),分析了初始方案的的熱短路效應(yīng),以及結(jié)構(gòu)改進(jìn)對(duì)防隔熱性能的影響;制備了各方案的單胞試驗(yàn)件,通過壓縮力學(xué)實(shí)驗(yàn),分析了結(jié)構(gòu)改進(jìn)對(duì)面外承力性能的影響。

3、
　　為對(duì)所設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較,本文考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性、結(jié)構(gòu)效率、設(shè)計(jì)難易以及工藝性等因素,提出了一體化熱防護(hù)綜合效能的概念。建立了各方案各因素相對(duì)優(yōu)劣及模糊評(píng)價(jià)方法。通過對(duì)比經(jīng)典集合與模糊集合的概念,說明了模糊集合更適于進(jìn)行一體化熱防護(hù)系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)。在此基礎(chǔ)上,利用模糊綜合決策方法,建立了綜合效能評(píng)價(jià)方法。根據(jù)最大隸屬度原則,在不同的權(quán)重系數(shù)下,對(duì)各設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了綜合效能評(píng)估。結(jié)果表明,基于模糊數(shù)學(xué)的綜合效能評(píng)價(jià)方法能夠更為全面的

4、評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣。
　　在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步探討了一體化熱防護(hù)的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化方法。以面密度為優(yōu)化目標(biāo),在溫度、應(yīng)力、屈曲與變形多種耦合設(shè)計(jì)約束下,建立了一體化熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。通過分析外載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)變化趨勢(shì),確定了結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化的關(guān)鍵設(shè)計(jì)載荷。根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)與結(jié)構(gòu)響應(yīng)的非線性程度,分別基于內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法、遺傳算法建立了一種熱力耦合協(xié)同優(yōu)化方法,并對(duì)波紋夾芯和腹板加筋一體化熱防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果