Uncertainty quantification in thermal analysis of ablative materials for atmospheric entry: exploring new approaches

This work is a preliminary step towards the development of a novel Uncertainty Quantification approach to applications focused on the thermal response of Thermal Protection Systems for atmospheric reentry. The approach is inspired by the Eigenspace Perturbation Method, which is here readapted to modeling the structural uncertainty in the thermal conductivity tensor. By introducing controlled perturbations to the eigenspace, the aim is to quantify the uncertainty associated to the material anisotropy and the conductivity evolution with tem- perature, being ablative heat shields the reference application. The methodology is tested on academic cases namely, a 1D and a 3D beam. The first investigates the approach for assessing the evolution of the conductivity with temperature, the second one targets the anisotropy due to uncertain orientation of the fibers in composite materials.

Questo lavoro rappresenta un passo preliminare verso lo sviluppo di un nuovo approccio di Quantificazione dell’Incertezza applicato alla risposta termica dei Sistemi di Protezione Termica per il rientro atmosferico. L’approccio si ispira al Metodo di Perturbazione dello spazio proprio, qui riadattato alla modellazione dell’incertezza nel tensore di conducibilità termica. Attraverso l’introduzione di perturbazioni controllate nello spazio proprio, si intende quantificare l’incertezza legata all’anisotropia del materiale e all’evoluzione della conducibilità con la temperatura, prendendo come caso di riferimento scudi termici ablativi. La metodologia è testata su casi accademici, in particolare una trave 1D e una 3D. Il primo caso analizza la capacità dell’approccio di rappresentare l’evoluzione della conducibilità in funzione della temperatura, mentre il secondo si concentra sull’anisotropia dovuta all’orientazione incerta delle fibre nei materiali compositi.