【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于sic包壳结构优化设计，具体涉及一种基于遗传算法的sic包壳多目标优化设计方法。
技术介绍
1、作为核裂变和核聚变系统的结构材料，sic包壳近年来被广泛研究。sic包壳由连续的sic纤维预制体和sic基体组成，具有优异的抗氧化和抗中子辐照性能，以及出色的耐高温性能。在核反应堆内热-力多重环境载荷作用下，sic包壳的温度、应力、变形等关键参数将显著变化，直接关系燃料包壳服役的安全性。目前对sic包壳结构的优化设计大多使用简单的参数化分析对比结果，此类方法无法同时考虑多个结构参数或因素对sic包壳性能的综合影响。因此，考虑到反应堆内运行环境的复杂性及sic包壳的结构特殊性，有必要通过基于遗传算法的多目标优化手段，整合相互竞争或相互冲突的关键目标函数，提取结构设计中的关键因素和特征，借助科学方法形成准确、高效的定量优化技术，实现sic包壳结构设计的优化分析。
2、近年来，国内外研究者选用实验或数值模拟方法对不同结构或尺寸的sic包壳的开展了性能分析研究，并在此基础上开展了初步的结构设计。
3、如文献《g.singh,k.terrani,y.katoh.thermo-mechanical assessment of fullsic/sic composite cladding for lwr applications with sensitivity analysis,journal of nuclear materials,2018.》中，作者建立了sic包壳的三维热力学分析模型，并进行了多组简化
4、又如文献《c.lorrette,c.sauder,l.chaffron,et al.materials innovationfor nuclear optimized systems，epj web of conferences，2013》中，作者制备出了编制角度为30°和45°的纤维预制体sic包壳实验件，并开展了一系列力学测试。但实验方法只能制备出特定角度的sic包壳实验件，且制备周期长、花费大，结构设计效率较低。
5、又如文献《刘仕超，庞华，周毅，等.sic复合包壳热冲击行为分析，核动力工程，2022》中，作者构建了多层sic包壳的数值模型，并研究了热冲击下的力学响应。但该研究只简单探讨了典型尺寸下sic包壳的热力性能，并未针对不同几何尺寸或结构开展计算，实际未能实现sic包壳的结构设计。
6、综上所述，当前对sic包壳结构的优化设计大多使用简单的参数化分析对比结果，此类方法大多每次只能考虑单一因素对sic包壳结构、性能的影响，无法同时考虑多个结构参数或因素对sic包壳性能的综合影响。因此，为了提高sic包壳结构的可靠性和设计精度，开发一种优化设计方法十分必要。只有通过可靠的多目标优化方法，才能够厘清相互竞争或相互冲突的关键目标函数间的定量关系，提取结构设计中的关键因素。
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于遗传算法的sic包壳多目标优化设计方法，该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核动力系统中的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。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于遗传算法的sic包壳多目标优化设计方法，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：
4、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；
5、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；
6、步骤1.2：分别构建sic包壳中纤维预制体和基体的几何；
7、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：
8、x1＝{-sin(arctan2(y,x)) cos(arctan2(y,x)) 0} (1)
9、x2＝{0 0 1} (2)
10、x3＝{cos(arctan2(y,x)) sin(arctan2(y,x)) 0} (3)
11、式中：
12、x——标准直角坐标系中的x方向坐标
13、y——标准直角坐标系中的y方向坐标
14、
15、柱坐标系和标准直角坐标系的对应关系如下：
16、
17、
18、h＝z (6)
19、式中：
20、r——柱坐标系中的半径方向坐标
21、x——标准直角坐标系中的x方向坐标
22、y——标准直角坐标系中的y方向坐标
23、z——标准直角坐标系中的z方向坐标
24、——柱坐标系中的角度方向坐标
25、h——柱坐标系中的高度方向坐标
26、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：
27、
28、
29、式中：
30、u——位置坐标
31、v——扩散速度
32、方程(7)及方程(8)中对应的入口边界条件为：
33、u＝u0 (9)
34、方程(7)及方程(8)中对应的出口边界条件为：
35、u＝0 (10)
36、式中：
37、u0——入口边界处的位置坐标
38、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；
39、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；
40、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：
41、
42、式中：
43、σ——柯西应力张量...
【技术保护点】
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：
【技术特征摘要】
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...
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