[发明专利]复合材料钻削过程有限元全局灵敏度分析方法

说明书

一种复合材料钻削过程有限元全局灵敏度分析方法，其特征是它包括以下步骤：首先，根据复合材料的相关参数的分布产生多组随机数作为样本输入；其次，通过有限元软件仿真钻削过程利用最小二乘中线法产生相应的切削力作为样本输出；第三，根据“状态依存参数法”（States Dependent Parameter,SDP）分别求各个参数对于输出的条件期望；第四，根据全局灵敏度分析方法——“sobol法”分析不同参数对于复材钻削力的灵敏度大小。本发明给出了复合材料钻削过程有限元全局灵敏度分析方法，体现了复合材料在钻削时各参数对于钻削力的影响程度，有利于对简化分析过程，节约时间，提高效率。

技术领域

本发明涉及一种复合材料技术，尤其是一种复合材料加以技术，具体地说是一种复合材料钻削过程有限元全局灵敏度分析方法，属于复合材料的有限元灵敏度分析方法，特别是复合材料在钻削过程中材料参数对钻削力的全局灵敏度分析方法。

背景技术

复合材料层合结构以高的比强度、比刚度和低质量，在航空航天领域得到了广泛的应用。许多空天结构的设计，均利用复合材料特殊的屈曲特性及其较强的可设计性，以达到提高稳定性和降低结构质量的目的。目前，在复合材料装配中主要的连接工艺是机械连接，这就需要对其进行预制孔的钻削加工。但是，由于复合材料力学性能具有较大的分散性和随机性，因此必须考虑这些不确定性对复合材料在钻削时所受钻削力的影响，即复合材料各参数对于钻削力的灵敏度大小，进而简化分析过程，提高效率，缩短分析时间。

当前研究的灵敏度分析仅仅是输出响应对输入变量直接求偏导，然后求得在输入变量均值点处的导数值。该灵敏度分析只从局部上考虑输入变量的不确定性对输出响应不确定性的影响，故称为局部灵敏度分析，由于复合材料力学特性的分散性和随机性，此方法在分析时具有一定的局限性。虽然目前已经有一些全局灵敏度分析方法，如Saltellid等和Hehon等提出的非参数方法，Borgonovo提出的矩独立分析法，以及Sobol提出的基于方差的分析方法，但是由于对复合材料钻削的研究起步较晚，复合材料在钻削过程灵敏度分析研究不足，全局灵敏度分析方法在复合材料钻削分析时应用很少。

发明内容

本发明的目的是针对复合材料各个参数对复合材料在钻削时所受钻削力的影响分析的需要，为克服现有局部灵敏度分析方法不适用于力学特性具有分散性和随机性的复合材料的不足，借鉴已有全局灵敏度分析方法，发明一种复合材料钻削过程有限元全局灵敏度分析方法，它考虑了复合材料在钻削时各参数对于钻削力的影响程度，给出了基于方差的复合材料钻削过程有限元全局灵敏度分析方法。

本发明的技术方案是：

一种复合材料钻削过程有限元全局灵敏度分析方法，其特征如下：

首先，根据复合材料相关参数的分布产生多组随机数作为样本输入；

其次，利用有限元软件建立复合材料的三维钻削模型；

第三，调用上述三维钻削模型，通过有限元软件仿真钻削过程产生钻削力-时间图，利用最小二乘中线法得到相应的切削力作为样本输出；

第四，根据“状态依存参数法”(States Dependent Parameter,SDP)分别求各个参数对于输出的条件期望；

第五，根据基于方差的全局灵敏度分析方法——“sobol法”分析不同参数对于复材钻削力的影响程度的大小。

所述的复合材料的相关参数都是服从正太分布的随机变量，变异系数均为0.06，且均不相关，利用Matlab软件根据各变量的分布参数产生样本量为N的随机样本X_t(x₁,x₂,x₃…x_i)(t＝1,2,3,…N)作为样本输入。

所述的有限元软件为ABAQUS/Explicit。