一體化熱防護系統設計與綜合效能評估方法研究.pdf

1、新型一體化熱防護系統將防隔熱與承力功能集成為一體,結構效率高,是熱防護發(fā)展的重要方向之一。但一體化熱防護防系統的隔熱、承力功能相互矛盾相互制約,限制了其結構效率的進一步提升。本文兼顧一體化熱防護系統的防隔熱與承力性能,從結構設計與優(yōu)化、綜合效能評估方法兩個方面展開研究。
　　本文首先分析了一體化熱防護結構系統中由熱力耦合矛盾所帶來的熱短路效應和熱不匹配效應,并通過對典型一體化熱防護的分析驗證上述問題;通過控制熱短路熱流、提高變形匹

2、配性能設計了多種一體化熱防護改進方案;通過分析各方案在典型載荷下的熱力響應,驗證了改進結構方案設計的合理性;利用等效面內性能分析方法,分析了結構改進對一體化熱防護面內承力性能的影響。
　　為驗證結構方案設計的合理性,制備了初始方案與改進方案的組合試驗件,通過在高真空平板石墨爐中的熱考核試驗,分析了初始方案的的熱短路效應,以及結構改進對防隔熱性能的影響;制備了各方案的單胞試驗件,通過壓縮力學實驗,分析了結構改進對面外承力性能的影響。

3、
　　為對所設計方案進行比較,本文考慮結構設計合理性、結構效率、設計難易以及工藝性等因素,提出了一體化熱防護綜合效能的概念。建立了各方案各因素相對優(yōu)劣及模糊評價方法。通過對比經典集合與模糊集合的概念,說明了模糊集合更適于進行一體化熱防護系統性能評價。在此基礎上,利用模糊綜合決策方法,建立了綜合效能評價方法。根據最大隸屬度原則,在不同的權重系數下,對各設計方案進行了綜合效能評估。結果表明,基于模糊數學的綜合效能評價方法能夠更為全面的

4、評價設計方案的優(yōu)劣。
　　在結構方案設計的基礎上,進一步探討了一體化熱防護的結構尺寸優(yōu)化方法。以面密度為優(yōu)化目標,在溫度、應力、屈曲與變形多種耦合設計約束下,建立了一體化熱防護系統結構尺寸優(yōu)化設計模型。通過分析外載荷作用下的結構響應變化趨勢,確定了結構尺寸優(yōu)化的關鍵設計載荷。根據結構參數與結構響應的非線性程度,分別基于內點懲罰函數法、遺傳算法建立了一種熱力耦合協同優(yōu)化方法,并對波紋夾芯和腹板加筋一體化熱防護系統進行了優(yōu)化。優(yōu)化結果