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申请/专利权人：西北工业大学

摘要：本发明公开了一种基于遗传算法的SiC包壳多目标优化设计方法，通过参数化建模、物理场求解和遗传算法的应用实现用于核反应堆或动力系统中的SiC包壳多目标结构优化设计，该方法适用于核反应堆或核动力系统中所有涉及到的由纤维预制体和基体构成的SiC包壳构件。该结构优化设计方法主要包括如下部分：1.完成SiC包壳的参数化几何建模，包括在对应坐标系下的纤维预制体和基体的几何结构和尺寸；2.考虑SiC包壳在反应堆内的服役环境，开展物理场求解。在步骤1所建立的几何模型基础上，设置固体力学、固体传热的耦合物理场，并耦合求解；3.引入遗传算法，设置遗传算法中的关键变量。导入步骤2中所得到的物理场求解数据，通过遗传算法完成迭代，完成SiC包壳结构的多目标优化设计。

主权项：1.一种基于遗传算法的SiC包壳多目标优化设计方法，其特征在于：该方法适用于核反应堆或动力系统中所有涉及到的由纤维预制体和基体构成的SiC包壳构件；通过参数化建模、物理场求解和遗传算法的应用，该方法能够实现用于核反应堆或核动力系统中的SiC包壳多目标结构优化设计，步骤如下：步骤1：完成SiC包壳的参数化几何建模，包括在对应坐标系下的纤维预制体和基体的几何结构和尺寸；步骤1.1：根据SiC包壳结构，设置纤维预制体的根数和角度、设置包壳管厚度；步骤1.2：分别构建SiC包壳中纤维预制体和基体的几何；步骤1.3：为纤维预制体构建局部基矢坐标张量，为基体构建柱坐标系；局部基矢坐标张量和标准直角坐标系的对应关系如下：x1＝{-sinarctan2y,xcosarctan2y,x0}1x2＝{001}2x3＝{cosarctan2y,xsinarctan2y,x0}3式中：x——标准直角坐标系中的x方向坐标y——标准直角坐标系中的y方向坐标xi——i＝1,2,3分别表示局部基矢坐标张量中三个正交方向坐标，下标i表示局部基矢坐标张量中的第i个坐标轴柱坐标系和标准直角坐标系的对应关系如下： h＝z6式中：r——柱坐标系中的半径方向坐标x——标准直角坐标系中的x方向坐标y——标准直角坐标系中的y方向坐标z——标准直角坐标系中的z方向坐标 ——柱坐标系中的角度方向坐标h——柱坐标系中的高度方向坐标步骤1.4：利用扩散方程求解局部基矢坐标张量中的位置坐标变量，扩散方程为： 式中：U——位置坐标v——扩散速度方程7及方程8中对应的入口边界条件为：U＝U09方程7及方程8中对应的出口边界条件为：U＝010式中：U0——入口边界处的位置坐标步骤1.5：在局部基矢坐标张量上赋予纤维预制体各向异性的材料属性，在柱坐标系上赋予基体材料属性；步骤2：考虑SiC包壳在反应堆内的服役环境，开展物理场求解：在步骤1所建立的几何模型基础上，设置固体力学、固体传热的耦合物理场，分别分析SiC包壳的力学行为和传热行为；将固体力学物理场和固体传热物理场合并，构建完整的物理方程，将固体力学物理场和固体传热物理场中的方程置于同一个矩阵中求解，以还原SiC包壳在反应堆内的真实物理过程；步骤2.1：设置固体力学、固体传热的耦合物理场；固体力学物理场的方程为： 式中：σ——柯西应力张量Fv——体积力固体传热物理场的方程为： 式中：ρ——SiC包壳的密度kg·m-3Cp——SiC包壳的定压比热容J·kg-1·K-1k——SiC包壳的导热系数W·m-1·K-1T——温度K-1t——时间sQ——SiC包壳热源W·m-3步骤2.2：将方程11-12合并，构建完整的物理方程，将方程11-12置于同一个矩阵中并行求解；设置用于求解上述完整物理方程的并行求解器，设置作业总个数；步骤2.3：设置批处理命令，根据步骤2.2中所设置的并行求解器和作业总个数，分配单次批处理运行的并行作业数和批处理总次数，求解物理场，以还原SiC包壳在反应堆内的真实物理过程；步骤3：引入遗传算法，设置遗传算法中的关键变量：导入步骤2中所得到的物理场求解结果，通过遗传算法完成迭代，完成SiC包壳结构的多目标优化设计；步骤3.1：引入遗传算法，设置遗传算法中的自变量、目标函数、种群个数和迭代轮数；步骤3.2：导入步骤2.3中获得的物理场求解结果，通过遗传算法完成迭代；步骤3.3：输出迭代后数据，进行数据处理完成SiC包壳结构的多目标优化设计。

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百度查询： 西北工业大学 一种基于遗传算法的SiC包壳多目标优化设计方法