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多层吸波材料计算设计及优化研究

作　者: 肖钢
导　师: 曹茂盛
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 材料学
关键词: 雷达吸波材料遗传算法优化数据库开放源代码软件
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 591次
引　用: 5次
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内容摘要

由于多层吸波材料设计的复杂性，有必要设计专用的CAD工具。第一代吸波材料CAD工具是面向电磁参数进行设计的。但是一些特定电磁参数的涂层有时难以实现。第二代吸波材料设计工具以电磁参数作为中间变量面向配比系数进行设计，它在理论上相对于第一代更加复杂。本文设计了一个简单的多层吸波材料计算机辅助设计工具。这个工具将遗传算法优化引擎和材料电磁参数数据库结合起来。运用这个工具，我们可以储存和管理大量的材料电磁参数，并且可在这些参数中选择我们需要的材料设计吸波涂层。这个数据库中的数据可以来自实验记录或是理论计算。本文把遗传算法和数据库技术结合起来，解决了部分特定参数的涂层难以实现的问题。设计实例证明，本文设计的工具是有效的。性能测试也表明本文中的设计工具有较高的运算性能。为提供较高的运算速度并且减少软件设计平台的开支，我们在开放源代码软件平台下完成了本文中的设计工具。我们还分析了设计实例中的相关数据，找出了遗传算法一些参数的合理设置设置方法。以材料电磁参数数据库作为一个桥梁，我们可更加方便和广泛地使用遗传算法进行多层吸波材料的设计工作。虽然本文这种优化设计方案不能够可靠地搜索到全局最优值，但是根据程序给出的曲线图，很多局部最优值仍可作为有效解来使用。遗传算法与数据库结合的优化设计方案中不必将最大世代数设得很大；与之相比，初始种群数的适当提高对获得好的结果有益。

全文目录

第1章绪论  9-25
  1.1 隐身技术与吸波材料  9-10
  1.2 吸波材料的研究历史、现状  10-17
    1.2.1 吸收剂的分类  12-16
    1.2.2 吸波涂层结构设计  16-17
  1.3 多层吸波材料的计算机辅助设计  17-21
    1.3.1 计算机辅助设计的必要性  17-18
    1.3.2 多层吸波材料优化设计方法概述  18-21
  1.4 吸波材料研究的发展趋势  21-23
    1.4.1 材料的设计与裁剪  21-22
    1.4.2 计算材料的应用  22
    1.4.3 求异思维的尝试  22-23
  1.5 本文的目的、意义和主要工作  23-25
第2章吸波材料的物理机制  25-34
  2.1 吸波材料的电磁参数和性能  25-30
    2.1.1 复介电常数  25-27
    2.1.2 复磁导率  27-29
    2.1.3 吸波材料的损耗类型与性能  29-30
  2.2 多层吸波材料反射系数的求解  30-33
    2.2.1 传输线法  30-31
    2.2.2 跟踪计算法  31
    2.2.3 传输矩阵法  31-33
  2.3 本章小结  33-34
第3章多层吸波材料优化设计方案  34-43
  3.1 多层吸材料设计中的基本概念和性能指标  34
  3.2 算法的比较与选择  34-35
    3.2.1 平面层系反射系数的求解方法的选择  34-35
    3.2.2 优化方法的选择  35
  3.3 本文采用的优化方案设计  35-42
    3.3.1 全自动优化设计的实现途径  36-37
    3.3.2 遗传算法的应用  37-40
    3.3.3 电磁参数数据库的设计  40-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章多层吸波材料的计算机辅助设计的软件实现  43-52
  4.1 开放源代码软件简介  43-45
    4.1.1 GNU计划与GPL协议  43-44
    4.1.2 GNU／Linux操作系统  44-45
    4.1.3 开放源代码软件用于科学研究工作的优势  45
  4.2 多层吸波材料计算机辅助设计软件的总体设计  45-48
    4.2.1 设计目标与性能要求  45-46
    4.2.2 总体结构设计与软件平台的选择  46-48
  4.3 各功能模块的软件实现与功能整合  48-51
    4.3.1 电磁参数数据库管理模块  48-49
    4.3.2 遗传算法优化引擎  49-50
    4.3.3 数据分析和曲线绘制  50-51
  4.4 本章小结  51-52
第5章设计实例与数据分析  52-64
  5.1 多层吸波材料涂层设计实例  52-61
    5.1.1 限定材料种类的双层优化实例  52-56
    5.1.2 不限定材料种类的全面优化实例  56-61
  5.2 数据分析  61-62
    5.2.1 遗传算法各项参数与收敛精度的关系  61-62
    5.2.2 最佳优化结果的选择原则  62
  5.3 性能测试  62-63
  5.4 本章小结  63-64
结论  64-66
参考文献  66-70
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  70-71
致谢  71

多层吸波材料计算设计及优化研究

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