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一种考虑不确定性的热防护系统模型修正方法  
 【申请号】  CN201710181690.9  【申请日】  2017-03-24
 【公开号】  CN107092724A  【公开日】  2017-08-25
 【申请人】  北京航空航天大学  【地址】  100191 北京市海淀区学院路37号
 【共同申请人】  
 【发明人】  邱志平;蒋文婷;王晓军;石庆贺;王睿星;王磊
 【国际申请】    【国际公布】  
 【进入国家日期】  
 【专利代理机构】  北京科迪生专利代理有限责任公司 11251  【代理人】  杨学明;顾炜
 【分案原申请号】  
 【国省代码】  11
 【摘要】  本发明公开了一种考虑不确定性的热防护系统模型修正方法,其步骤如下:(1)根据热防护系统不确定性来源,选定模型输入变量,确定其不确定性分布规律;(2)借助于有限元分析软件,编制全参数化的输入变量#输出响应代码;(3)通过计算机试验设计方法,构建高精度近似模型,完成输入变量的重要性排序及优选;(4)基于不确定性结构边界条件修正方法,结合实际试验环境,建立分别以修正变量和修正目标为设计变量和目标函数的优化模型,实现热防护系统的模型修正。本发明通过考虑不确定性的模型修正,有效提升了热防护系统设计效率。
 【主权项】  一种考虑不确定性的热防护系统模型修正方法,其特征在于,该方法实现步骤如下:步骤(1)、鉴于热防护系统不确定性来源,选定结构内各组成材料随温度变化的热导率kij、密度ρij和比热cij作为热防护系统数值模型的不确定性输入变量,其中,i和j为变量编号,i=1,2,…,n,j=1,2,…,m,n为热防护结构总层数,m为拟合各热物性参数随温度变化的曲线所需选取特定温度的数量,导热系数、密度、比热对应的特定温度分别记为步骤(2)、根据非概率区间的小样本定量化方法,采用最小区间集合包络工程试验数据,量化得到不确定性输入变量的区间表达分别为kij∈[kij_min,kij_max],ρij∈[ρij_minij_max]和cij∈[cij_min,cij_max],其中kij_minij_min和cij_min分别为各变量分布范围最小值,kij_maxij_max和cij_max分别为各变量分布范围最大值;步骤(3)、结合热防护系统隔热性能测试试验环境中存在的辐射、对流与结构内热传导并存的复合换热方式及所控制的结构外表面温度#时间加载历程,选取厚度方向作为热量由外向内的传递方向,建立简化的一维瞬态传热分析数学模型;步骤(4)、借助通用有限元分析软件,将数学模型转化为全参数化控制的离散化数值模型并分析求解,实现通过输入变量直接得到输出响应的全参数化代码,记为M#R代码,得到热防护结构内表面随时间变化的温度历程,提取其最高温度Tmax及其发生时间作为响应输出;步骤(5)、基于计算机试验设计的原理,以各不确定性输入变量kijij和cij为因子,从步骤(2)各因子分布区间中,通过拉丁超立方抽样选取出样本点集合,记为P,P=(p1,p2,…,pu,…pr),pu=(k11,k12,…,kij,…,knm1112,…,ρij,…,ρnm,c11,c12,…,cij,…,cnm)u,其中r为样本点总数,pu代指某一个样本点,kijij和cij组成样本点中的因子,(·)u为某样本点因子的具体水平;步骤(6)、依次提取集合P中的各样本点pu,u=1,…,r作为步骤(4)中M#R代码的输入变量,调用执行r次,得到热防护系统内表面一组最高温度响应和一组最高温度发生时间响应,分别记为Tmax#set其中Tmax#set=(Tmax#1,Tmax#2,…,Tmax#r),根据响应面方法,分别拟合样本集合P与响应集合Tmax#set继而分别构建了描述因子kijij和cij与响应Tmax关系的高精度近似模型Tmax=funtionT(kijij,cij)和步骤(7)、基于近似模型Tmax=funtionT(kijij,cij)和将各因子kij、ρij和cij归一化到相同范围,分别分析出各因子对响应Tmax的贡献程度和影响趋势,综合优选出关键贡献因子k′ij,ρ′ij和c′ij,即为筛选后的关键不确定性输入变量;步骤(8)、根据步骤(5)#(7)的灵敏度分析过程选定的关键不确定性输入变量k′ij,ρ′ij和c′ij,在其各自不确定性分布区间内按照均匀分布进行蒙特卡洛抽样,此时选取出的样本点集合,记为P′,P′=(p′1,p′2,…,p′u,…,p′N),其中,N为蒙特卡洛抽样总次数,p′u=(k′11,k′12,…,k′ij,…,k′nm,ρ′11,ρ′12,…,ρ′ij,…,ρ′nm,c′11,c′12,…,c′ij,…,c′nm);提取样本点p′u作为输入变量,每次均调用M#R代码,分别得到N个T′max的输出响应,计算各响应的均值,分别记为步骤(9)、考虑热防护系统内表面换热环境的不确定性,所提出的不确定性结构边界条件修正方法选定内表面边界条件中的当量换热系数hinner为修正变量,以直接影响热防护安全性与高可靠性设计的内表面最大温度均值及最大温度发生时间均值为修正目标,修正目标为修正变量的函数,每次改变修正变量,修正目标响应通过重复执行步骤(8)获得;选取以优化技术为代表的求解方法,以修正变量为设计变量,以合理分配权重的修正目标为目标函数,建立优化数学模型求解,实现热防护系统的模型修正,该方法通过考虑不确定性的模型修正,有效提升了热防护系统设计效率。
 【页数】  15
 【主分类号】  G06F17/50
 【专利分类号】  G06F17/50
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