[发明专利]一种复合材料多尺度防热优化方法

权利要求书

1.一种复合材料多尺度防热优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据设计变量建立待优化复合材料的有限元模型包括细观有限元传热分析模型、宏观有限元传热分析模型以及胞体扩展模型；

步骤2、对建立的细观有限元传热分析模型进行细观传热分析，得到等效热物性参数；通过胞体扩展模型将细观传热分析获得的等效热物性参数传入宏观有限元传热分析模型进行宏观传热分析；传热分析中，通过调整设计变量对细观有限元传热分析模型和宏观有限元传热分析模型进行优化，若优化后目标满足约束条件则结束优化，输出传热分析结果；若不满足约束条件，重新调整有限元模型的设计变量，反复迭代直至输出传热分析结果；

所述等效热物性参数包括等效导热系数、等效密度、等效比热；

在调整有限元模型设计变量后，采用网格自由变形技术实现有限元模型的网格自动变形；

设计变量包括用于表征材料细观各组分/分布对材料宏观传热特性的影响以及宏观尺寸变化对结构传热特性的影响的相关变量；

优化目标及约束条件为：

minf＝f(Temp_ji)

其中min为目标函数，即复合材料构件某区域的最大温度；S.t为约束条件，复合材料温度Temp_ji需小于等于该材料的许用最大温度T_jc，控制点集的位移值L_i小于等于许可的位移值S_i；j为构成构件的复合材料种类,i为不同时刻；

调整设计变量的方法为：全局优化方法中的进化方法，对设计变量施加正态分布的随机值来改变设计变量。

2.根据权利要求1所述的复合材料多尺度防热优化方法，其特征在于，所述步骤1的具体方法包括：根据设计变量建立细观模型及宏观模型，并对分别对细观模型和宏观模型进行有限元网格划分，得到用于传热分析的细观有限元传热分析模型和宏观有限元传热分析模型；所述细观模型为单胞模型，宏观模型为复合材料构件模型；同时针对细观模型建立胞体扩展模型，用于将细观传热特性应用于宏观热物性的预测。

3.根据权利要求1或2所述的复合材料多尺度防热优化方法，其特征在于，所述等效热物性参数具体计算方法为：

等效导热系数：

等效密度：

等效比热：

其中，A_i是第i个单位垂直于加热方向表面的表面积；q_i是通过该面积的热流密度；d_c为传热距离；T_up是上表面温度；T_down是下表面温度；V是体积；ρ是密度；c是比热容；下标“eff”表示等效。