[发明专利]一种多层防热结构快速优化方法

摘要

本发明涉及一种多层防热结构快速优化方法，可用于防热结构快速分析及设计，属于结构热分析技术领域。1)对防热结构建立一维传热分析有限元模型；2)对步骤1)中得到的模型施加初始条件；3)对步骤1)中得到的模型施加边界条件；4)采用有限元工具对步骤1)得到的有限元模型进行单元划分，得到单元模型；5)采用有限元工具对传热分析模型进行计算，并提取壳体温度；6)将步骤1)、步骤2)和步骤3)中使用到的参数以及步骤5)中提取的壳体温度参数输出到文档，并保存为参数文件1；7)检查参数文件1，是否满足防热设计要求。本发明的方法能快速完成多层防热结构的优化设计，提高了工作效率。

主权项

一种用于运载火箭的多层防热结构快速优化方法，其特征在于步骤为：1)对防热结构建立一维传热分析有限元模型，有限元模型中所使用的参数为壳体的材料属性、涂层的材料属性、壳体的几何尺寸和涂层的几何尺寸；所述的壳体的材料属性是指壳体材料的密度、比热、热导率；所述的涂层的材料属性是指涂层材料的密度、比热、热导率；所述的壳体的几何尺寸是指壳体的厚度；所述的涂层的几何尺寸是指涂层的厚度；2)对步骤1)中得到的模型施加初始条件，初始条件包括壳体的初始温度和涂层的初始温度；3)对步骤1)中得到的模型施加边界条件，边界条件包括热流载荷、辐射条件；所述的热流载荷是指对流换热载荷，热流载荷参数为随时间变化的对流换热系数和随时间变化的壁面环境温度；所述的辐射条件是指涂层外壁对空间的辐射散热条件，辐射条件参数为涂层外壁的辐射系数和空间环境温度；4)采用有限元工具对步骤1)得到的有限元模型进行单元划分，得到单元模型，得到的单元模型为传热分析模型，采用线性热传导单元；进行单元划分时要求涂层不少于4个单元，以达到足以描述温度场的要求；5)采用有限元工具对传热分析模型进行计算，并提取壳体温度；6)将步骤1)、步骤2)和步骤3)中使用到的参数以及步骤5)中提取的壳体温度参数输出到文档，并保存为参数文件1；7)检查参数文件1，是否满足防热设计要求：如果壳体温度与设计要求温度相差小于5％，则结束优化分析；如果壳体温度高于设计要求温度，且相差大于5％，则将参数文件1中涂层厚度增大1倍，并执行步骤1)到步骤5)，然后将步骤1)、步骤2)和步骤3)中使用到的参数以及步骤5)中提取的壳体温度参数输出到文档，并保存为参数文件2；如果壳体温度低于设计要求温度，且相差大于5％，则将参数文件1中涂层厚度减小到一半，并执行步骤1)到步骤5)，然后将步骤1)、步骤2)和步骤3)中使用到的参数以及步骤5)中提取的壳体温度参数输出到文档，并保存为参数文件2；8)检查参数文件2，是否满足防热设计要求；如果壳体温度与设计要求温度相差小于5％，则结束优化分析；如果壳体温度与设计要求温度相差大于5％，则根据参数文件1中的涂层厚度和壳体温度、参数文件2中的涂层厚度和壳体温度、设计要求温度，进行线性插值获得新涂层厚度；将参数文件2的内容赋予参数文件1，并将新涂层厚度保存到参数文件2，并执行步骤1)到步骤5)，并将新壳体温度保存到参数文件2；9)重复步骤8)，直到优化分析完成。