[发明专利]复合材料确定性参数多阶段识别方法

说明书

本发明公开了一种复合材料确定性参数多阶段识别方法，包括以下步骤：步骤1，在有限元分析软件中建立复合材料的初始有限元模型，并计算其静力学位移响应；步骤2，根据复合材料结构静力学位移响应与复合材料弹性参数之间的力学关系，计算复合材料的独立弹性参数对于静力学位移响应的相对灵敏度；步骤3，在步骤1和2的基础上，根据相对灵敏度分析结果使用多阶段方法识别复合材料参数；步骤4，根据试验数据识别复合材料全部弹性参数。本发明使用三点弯位移数据，多阶段模型修正方法识别复合材料全部弹性参数。多阶段识别方法同时解决了识别灵敏度数量级相差较大的参数，导致修正过程中灵敏度矩阵病态的问题。

技术领域

本发明涉及复合材料结构动力学参数识别技术领域，具体涉及一种采用基于静力学位移响应来识别复合材料全部弹性参数的多阶段识别方法。

背景技术

复合材料结构具有高比强度、高比刚度、耐疲劳等优异性能，广泛应用航空航天领域。但由于复合材料结构的不确定性，其材料参数也会随着生产工艺，内部结构不同而发生改变。准确的复合材料的弹性参数是研究复合材料力学性能的基础。复合材料等效参数为正交各向异性，具有9个独立的参数。传统的测量复合材料参数方法通过拉伸，剪切测量应变。再通过应力应变关系计算其刚度。

传统的模型修正方法是通过计算参数对响应的灵敏度，选取灵敏度较大的参数进行识别，放弃了其他的参数。或同时识别所有的参数，对识别结果保留一定的误差。显然这样建立的复合材料模型不会准确，对于结构后续实际工况研究也加入了一定的误差。难以捕捉其实际载荷下的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料确定性参数多阶段识别方法，以解决现有技术存在的复合材料仿真模拟的精度差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种复合材料确定性参数多阶段识别方法，包括以下步骤：

步骤1，在有限元分析软件中建立复合材料的初始有限元模型，并通过有限元分析软件计算其静力学位移响应；

步骤2，根据复合材料的结构静力学位移响应与复合材料的独立弹性参数之间的力学关系，计算复合材料的独立弹性参数对于静力学位移响应的相对灵敏度；

步骤3，在步骤1和2的基础上，研究复合材料参数多阶段预测方法，将复合材料全部材料参数集合根据相对灵敏度大小划分成n个子集，基于计算静力学位移参数与实验静力学参数的残差建立目标函数，并对待修正参数进行迭代优化，优先识别灵敏度大的参数集合，直至精度达到要求且所有的参数集合均收敛；并进行仿真验证研究；

步骤4，根据试验数据识别复合材料全部弹性参数。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1，在有限元软件中，根据复合材料的结构的几何尺寸、正交各向异性9个独立弹性参数、边界条件及载荷建立复合材料的初始有限元模型；其中，9个独立弹性参数包括三个材料主轴方向的弹性模量E₁₁、E₂₂、E₃₃，三个泊松比ν₁₂、ν₂₃、ν₃₁，与三个平面内的剪切弹性模量G₁₂、G₂₃、G₃₁；

步骤1.2，根据步骤1.1得到的初始有限元模型，通过有限元分析软件对其进行静力学分析，得到复合材料的静力学位移响应。

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1，由复合材料力学知识得到材料刚度矩阵C如下式表示：