一种固体火箭发动机喷管材料参数灵敏度计算方法

技术特征：
1.一种固体火箭发动机喷管材料参数的灵敏度计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：截取固体火箭发动机喷管的轴对称截面并构建仿真模型，对所述仿真模型进行完全热力耦合分析，得到发动机喷管内壁温度极值随时间的变化曲线c
11
以及与c
11
曲线的峰值时间点t1、发动机喷管内壁应力极值随时间的变化曲线c
22
以及与c
22
曲线的峰值时间点t2；取t1与t2的均值记为t
max
；步骤2：在发动机喷管工作的温度变化范围内取n个离散温度点，构成温度值序列t＝[t1,t2,
…
,t
t
,
…
,t
n
]，t
t
表示第t个离散温度点；将喷管材料的线性膨胀系数参数在n个离散温度点处的名义值记为将喷管材料的线性膨胀系数参数在n个离散温度点处的名义值记为表示第t个离散温度点t
t
处的名义值；所述名义值为参数在温度点处的平均值；以β作为变异系数，对第t个线性膨胀系数参数进行n次符合正态分布的随机取样，得到在第t个离散温度点t
t
下的n个线性膨胀系数参数样本其中，表示对进行n次随机取样的第j个样本；从而对每一个离散温度点处的线性膨胀系数参数进行n次符合正态分布的随机取样，得到每个离散温度点下的线性膨胀系数参数样本集合将喷管材料的比热容参数在n个离散温度点处的名义值记为将喷管材料的比热容参数在n个离散温度点处的名义值记为表示第t个离散温度点t
t
处的名义值；以β作为变异系数，对第t个比热容参数进行n次符合正态分布的随机取样，得到在第t个离散温度点t
t
下的比热容参数样本其中，表示对进行n次随机取样的第j个样本，从而对每一个离散温度点处的比热容参数进行n次符合正态分布的随机取样，得到每个离散温度点下的比热容参数样本集合将喷管材料的热传导参数在n个离散温度点处的名义值记为将喷管材料的热传导参数在n个离散温度点处的名义值记为表示第t个离散温度点t
t
处的名义值；以β作为变异系数，对第t个热传导参数进行n次符合正态分布的随机取样，得到在第t个离散温度点t
t
下的n个热传导参数样本其中，表示对进行n次随机取样的第j个样本，从而对每一个离散温度点处的线性膨胀系数参数进行n次符合正态分布的随机取样，得到每个离散温度点下的热传导参数样本集合步骤3：定义每次仿真的时间长度均为t
max
，以参数样本集合x
e
、x
s
和x
c
的第j行元素作为进行第j次完全热力耦合分析时喷管材料在不同温度点的线性膨胀系数、比热容和热传导系数，按照所述仿真的时间长度t
max
对发动机喷管进行n次完全热力耦合分析，得到所述第t个离散温度点t
t
下，n个应力极值处的等效应力输出响应以及
环向应力输出响应其中，为第t个离散温度点t
t
下第j次仿真时应力极值处的等效应力，为第t个离散温度点t
t
下第j次仿真时应力极值处的环向应力；从而得到各个离散温度点下应力极值处的等效应力的输出响应集合以及应力极值处的环向应力输出响应步骤4：通过回归拟合方法计算在所述第t个离散温度点t
t
下，参数样本和对输出响应和的条件期望，其中，参数样本对等效应力输出响应的条件期望记为其中，为第j个样本处关于的期望值；参数样本对等效应力输出响应的条件期望记为其中为第j个样本处关于的期望值；参数样本对等效应力输出响应的条件期望记为其中，为第j个样本处关于的期望值；参数样本对环向应力输出响应的条件期望记为其中，为第j个样本处关于的期望值；参数样本对环向应力输出响应的条件期望记为其中，为第j个样本处关于的期望值；参数样本对环向应力输出响应的条件期望记为其中，为第j个样本处关于的期望值；从而得到n个离散温度点下每种参数样本对每种输出响应的期望；步骤5：采用基于方差的全局灵敏度分析方法，计算在所述第t个离散温度点t
t
下，每种材料参数对应力极值的等效应力与环向应力的灵敏度，其中，参数样本对等效应力输出响应的灵敏度记为参数样本对等效应力输出响应的灵敏度记为参数样本对等效应力输出响应的灵敏度记为参数样本对环向应力输出响应的灵敏度记为参数样本对环向应力输出响应的灵敏度记为参数样本对环向应力输出响应的灵敏度记为从而得到n个离散温度点下每种参数样本对每种输出响应的灵敏度。2.根据权利要求1所述的固体火箭发动机喷管材料参数的灵敏度计算方法，其特征是，所述步骤4中的回归拟合方法是按如下步骤进行：步骤4.1、以中间样本变量x＝[x1,x2,
…
,x
j
,
…
,x
n
]
t
表示参数样本集合或或中的任意一个参数样本，以中间响应变量y＝[y1,y2,
…
,y
j
,
…
,y
n
]表示或
中对应的一个输出响应；其中，x
j
表示中间样本变量x的第j个取样样本，y
j
表示对应响应样本y的第j个应力；步骤4.2、利用式(1)构建加权离散范式j：式(2)中，γ(
·
)为加权基函数；α(
·
)为拟合系数，p(
·
)为一组基函数；p-1
(
·
)为一组基函数取逆；t表示转置；x为自变量；步骤4.4、对加权离散范式j进行最小化处理，从而得到式(2)所示的拟合函数f(x)：步骤4.5、将x＝[x1,x2,
…
,x
j
,
…
,x
n
]
t
中元素作为自变量x并代入式(2)中，从而计算得到每个元素处对输出响应的条件期望。3.根据权利要求1所述的固体火箭发动机喷管材料参数灵敏度计算方法，所述步骤5中基于方差的全局灵敏度分析方法是按如下步骤进行：步骤5.1、根据式(3)和式(4)计算第t个离散温度点t
t
下，应力极值处等效应力响应总方差与环向应力总方差与环向应力总方差与环向应力总方差式(3)和式(4)中，e(
·
)表示期望；步骤5.2、根据式(5)计算第t个离散温度点t
t
下，线性膨胀系数对等效应力的条件期望方差方差步骤5.3、根据式(6)计算第t个离散温度点t
t
下，线性膨胀系数对环向应力的条件期望方差方差步骤5.4、根据式(7)计算第t个离散温度点t
t
下，线性膨胀系数对等效应力灵敏度s
m,e
；步骤5.5、根据式(8)计算第t个离散温度点t
t
下，线性膨胀系数对环向应力灵敏度
步骤5.6、按照步骤5.1-步骤5.5的过程求得比热容在第t个离散温度点t
t
下对应力极值处的等效应力的灵敏度环向应力的灵敏度以及热传导系数在第t个离散温度点t
t
下对应力极值处的等效应力的灵敏度等效应力的灵敏度从而得到n个离散温度点下每种参数样本对每种输出响应的灵敏度。

技术总结
本发明公开了一种固体火箭发动机喷管材料参数的灵敏度计算方法，包括：1.对发动机喷管进行完全热力耦合分析，得到发动机喷管在工作状态下的所受温度、应力峰值时刻t


技术研发人员：郑昌军 许凯 余志强 张光喜 生志斐 校金友 王帅
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2022.04.20
技术公布日：2022/7/12