復合材料層合結構減重優(yōu)化與瞬態(tài)傳熱分析方法.pdf

1、本論文致力于結構超輕質和熱防護的分析與設計，基于有限元分析，研究復合材料層板材料/結構協(xié)同設計方法和金屬熱防護結構瞬態(tài)傳熱分析技術，建立了實用高效的分析與設計流程并編寫了相應的計算程序以及參數(shù)化有限元腳本。 降低結構重量、提高有效載荷一直是飛行器設計追求的目標，目前飛行器業(yè)已進入金屬/復合材料混合結構時代，因此開展復合材料結構減重設計對于提高飛行器性能具有重要意義。本文充分發(fā)揮復合材料可剪裁性優(yōu)點，基于有限元仿真，通過復合材料

2、細觀力學建立單層宏/細觀定量依賴關系，將材料與結構特征參數(shù)同時納入優(yōu)化空間，提出復合材料層板材料/結構協(xié)同設計新方法。根據(jù)結構幾何與承載形式，分別提出多級優(yōu)化策略和改進遺傳算法兩種優(yōu)化求解方案。優(yōu)化算例表明，本文設計方法能夠進一步挖掘結構承載潛力，有助于獲得全局最優(yōu)輕量化結構形式。 發(fā)展先進熱防護結構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結構傳熱性能的有效途徑，是開展其優(yōu)化設計的基礎。本文以多層金屬熱防

3、護結構[BlosserML.2000]為研究對象，建立有/無輔助結構(支架、周圍壁板等)熱防護系統(tǒng)三維參數(shù)化有限元模型，完成氣動載荷下結構瞬態(tài)傳熱分析。模型求解時發(fā)現(xiàn)，大面積蜂窩夾層結構精細有限元模型是模型求解的瓶頸，故研究蜂窩芯結構傳熱特性，提出其等效熱物性參數(shù)計算方法，將其簡化為均質板，建立熱防護結構易求解等效傳熱模型。均布和非均布熱載算例表明，實際和等效熱防護結構的溫度隨時間響應吻合很好，驗證了等效計算模型的準確性。這一等效模型的