[发明专利]一种热防护结构的一体化设计方法及装置

权利要求书

1.一种热防护结构的一体化设计方法，其特征在于，所述方法包括：

根据热防护结构承受的机械载荷和热载荷，确定结构力柔度对应的第一目标函数以及所述第一目标函数的第一约束条件并确定结构热柔度对应的第二目标函数以及所述第二目标函数的第二约束条件；

根据所述第一目标函数和所述第二目标函数，确定结构力热一体化的目标函数，以获得所述热防护结构的结构布局，所述结构力热一体化的目标函数满足体积分数约束条件；

基于确定的所述结构布局，对所述结构布局中的尺寸进行优化，以得到所述热防护结构的最终质量。

2.根据权利要求1所述的热防护结构的一体化设计方法，其特征在于，按照下述公式确定所述第一目标函数：

$min\underset{e=1}{\overset{N}{\Σ}}\left(E_e\right(x_e\left)u_e^T{k}_s{u}_e\right)$

其中，u_e为单元位移矩阵，k_s为在弹性模量为单位1时的单元刚度矩阵，N为结构单元总数，x_e为单元相对密度，E_e(x_e)为弹性模量；

按照下述公式确定所述第一约束条件：

K_su＝F_s；V(x)/V₀＝f；0≤x≤1

其中，K_s表示整体刚度矩阵，u表示整体位移矩阵，F_s表示结构所受外力矢量，x为所述单元相对密度的矢量表示，V(x)表示优化后的结构实际体积，V₀表示结构初始体积，f表示体积分数。

3.根据权利要求1所述的热防护结构的一体化设计方法，其特征在于，按照下述公式确定所述第二目标函数：

$\min \underset{e=1}{\overset{N}{\Σ}}\left(k_e\right(x_e\left)T_e^T{k}_c{T}_e\right)$

其中，k_c为在传热系数为单位1时的单元传热系数矩阵，T_e表示单元温度矩阵，k_e(x_e)表示传热系数，x_e为单元相对密度，N为结构单元总数；

按照下述公式确定所述第二约束条件：

K_cT＝F_c；V(x)/V₀＝f；0≤x≤1

其中，K_c表示整体传热系数矩阵，T表示整体温度矩阵，F_c表示结构所受热流矢量，x为所述单元相对密度的矢量表示，V(x)表示优化后的结构实际体积，V₀表示结构初始体积，f表示体积分数。