復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)減重優(yōu)化與瞬態(tài)傳熱分析方法.pdf

1、本論文致力于結(jié)構(gòu)超輕質(zhì)和熱防護(hù)的分析與設(shè)計(jì)，基于有限元分析，研究復(fù)合材料層板材料/結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)方法和金屬熱防護(hù)結(jié)構(gòu)瞬態(tài)傳熱分析技術(shù)，建立了實(shí)用高效的分析與設(shè)計(jì)流程并編寫了相應(yīng)的計(jì)算程序以及參數(shù)化有限元腳本。 降低結(jié)構(gòu)重量、提高有效載荷一直是飛行器設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)，目前飛行器業(yè)已進(jìn)入金屬/復(fù)合材料混合結(jié)構(gòu)時(shí)代，因此開展復(fù)合材料結(jié)構(gòu)減重設(shè)計(jì)對(duì)于提高飛行器性能具有重要意義。本文充分發(fā)揮復(fù)合材料可剪裁性優(yōu)點(diǎn)，基于有限元仿真，通過復(fù)合材料

2、細(xì)觀力學(xué)建立單層宏/細(xì)觀定量依賴關(guān)系，將材料與結(jié)構(gòu)特征參數(shù)同時(shí)納入優(yōu)化空間，提出復(fù)合材料層板材料/結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)新方法。根據(jù)結(jié)構(gòu)幾何與承載形式，分別提出多級(jí)優(yōu)化策略和改進(jìn)遺傳算法兩種優(yōu)化求解方案。優(yōu)化算例表明，本文設(shè)計(jì)方法能夠進(jìn)一步挖掘結(jié)構(gòu)承載潛力，有助于獲得全局最優(yōu)輕量化結(jié)構(gòu)形式。 發(fā)展先進(jìn)熱防護(hù)結(jié)構(gòu)形式是高超音速飛行器研制的迫切需要，而精確數(shù)值模擬是研究熱防護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱性能的有效途徑，是開展其優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本文以多層金屬熱防

3、護(hù)結(jié)構(gòu)[BlosserML.2000]為研究對(duì)象，建立有/無輔助結(jié)構(gòu)(支架、周圍壁板等)熱防護(hù)系統(tǒng)三維參數(shù)化有限元模型，完成氣動(dòng)載荷下結(jié)構(gòu)瞬態(tài)傳熱分析。模型求解時(shí)發(fā)現(xiàn)，大面積蜂窩夾層結(jié)構(gòu)精細(xì)有限元模型是模型求解的瓶頸，故研究蜂窩芯結(jié)構(gòu)傳熱特性，提出其等效熱物性參數(shù)計(jì)算方法，將其簡(jiǎn)化為均質(zhì)板，建立熱防護(hù)結(jié)構(gòu)易求解等效傳熱模型。均布和非均布熱載算例表明，實(shí)際和等效熱防護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度隨時(shí)間響應(yīng)吻合很好，驗(yàn)證了等效計(jì)算模型的準(zhǔn)確性。這一等效模型的