热防护系统的动态数据驱动分析方法与试验研究.pdf

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1、硕士学位论文热防护系统的动态数据驱动分析方法与试验研究THEANALYSISANDEXPERIMENTSOFDYNAMICDATADRIVENMETHODFORTHERMALPROTECTIONSYSTEM赵经宇哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V414.1学校代码：10213国际图书分类号：629.8密级：公开工学硕士学位论文热防护系统的动态数据驱动分析方法与试验研究硕士研究生：赵经宇导师：解维华教授申请学位：工学硕士学科：航天工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V414.1U.D.

2、C:629.8DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringTHEANALYSISANDEXPERIMENTSOFDYNAMICDATADRIVENMETHODFORTHERMALPROTECTIONSYSTEMCandidate：ZhaoJingyuSupervisor：Prof.XieWeihuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：EngineeringAerospaceAffiliation：SchoolofAstronauticsDateo

3、fDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要在热防护系统的实际服役过程中，由于材料和结构的不确定性往往会导致计算模型得出不合理的结果。这是因为模型不能真实地模拟实际结构的物理行为，一些模拟条件（初始条件、边界条件和载荷等）只有在系统实际服役的时候才能够真正的获得。目前热防护研究中模拟与试验基本上都是静态、串行的，二者之间并未高效地结合起来。将模拟与实际试验系统进行动态的数据连接、利用动态测试数据进行在线模拟和评估，更新结构状态并参与任务决策的动态数据驱

4、动方法是实现热防护水平突破提升的一个发展趋势。本文将动态数据驱动应用系统（DynamicDataDrivenApplicationSystem,DDDAS）的概念引入到热防护系统的分析评价中，以陶瓷隔热瓦这种典型热防护系统为研究对象，重在探索模拟与测试间动态数据驱动的框架设计与实现机制，开展高温环境下的在线分析与评价方法研究，揭示动态数据驱动的引入对结构热响应的影响与作用规律，具有现实的理论意义和广阔的应用前景。首先，设计动态数据驱动应用系统框架结构。构建“传感数据-在线模型-试验系统”三者的总体数据驱动逻辑框架；建立在线快速计算模型，针对材料性能的高温非线性问题

5、，引入基尔霍夫变换将其变为线性问题，利用隐式有限差分法进行数值求解并验证模型的有效性；搭建整体试验平台，设计了系统运行的控制算法。其次，对结构热响应的动态数据驱动分析方法进行试验验证与精度分析。开展不同载荷状态下的热响应测试，分析了传热模型网格精度、传感器数量、数据采集间隔和预报时间长度对预报精度的影响，验证了模型对不同热流载荷的适用性，体现了在动态数据驱动模式下的热响应分析与预报精度的优势。最后，对陶瓷隔热瓦进行了意外超载与周期载荷两类工况下的热响应试验，实现了系统在试验过程中两个层面的在线决策与反馈控制：对测量行为的控制，根据预报结果改变传感器数量、数据采集间

6、隔和模型网格精度等；对试验载荷的控制，如果预报结果超出安全阈值后改变试验载荷，保证结构可靠性。通过算法改进、数据传输策略调整探索高效、稳定的动态数据驱动实现机制。关键词：动态数据驱动；热防护；非线性传热；在线仿真与决策IAbstractAbstractDuringtheserviceprocessofthethermalprotectionsystem,unreasonableresultsareoftenobtainedbythecalculationmodelduetotheuncertaintyofthematerialsandstructures.Ther

7、easonisthatthecalculationmodelisnotcompetenttoreflecttheactualphysicalbehaviorofstructures.Somesimulationconditionssuchastheinitialandboundaryconditionsandloadscanonlybeobtainedaccuratelyuntilthesystemisactuallyinservice.Atpresent,thesimulationandtheexperimentarecarriedinquiescentcond

8、ition