[发明专利]一种基于子结构的复合材料弹性参数识别方法

说明书

本发明提供了一种基于子结构的复合材料弹性参数识别方法，建立复合材料子结构有限元模型，根据子结构理论对复合材料子结构模型进行动力学缩聚；缩聚后子结构特征矩阵装配到残余结构上，计算得到复合材料全模型模态信息；提取全模型模态数据，计算模态频率对残余结构弹性参数的相对灵敏度；将试验和有限元模拟的模态频率残差的二范数作为目标函数，利用迭代优化算法最小化目标函数。本发明通过考虑了子结构的复合材料建模，将模型待识别部分定义为残余结构，通过全模型模态频率对残余结构弹性参数的相对灵敏度分析和模态振型匹配，采用优化迭代算法识别复合材料待识别参数，节省计算资源，提高计算效率，具有十分重要的工程意义。

技术领域

本发明涉及一种复合材料，具体涉及一种复合材料的参数识别方法。

背景技术

复合材料通常是由两种甚至两种以上的不同材料复合而成，且复合材料一般具有各向异性，因其具有高比强、高比模量、可设计性强等优点，广泛应用于航空航天、土木工程、机械工程等领域。为满足工程结构设计需求，需要对复合材料的材料参数给予准确信息，但因制作工艺和制作环境的影响，复合材料成品性能和理论性能相差较大，需要对其弹性参数进行识别，为工程材料设计提供基础信息。

传统的复合材料参数识别过程中，只需对整体结构中材料参数未知部分进行分析，对结构整体的参数识别效率低，产生资源浪费。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于子结构的复合材料弹性参数识别方法，采用子结构理论和基于模态频率的参数识别方法，在保证参数识别精度的同时极大的提高计算效率具有十分重要的工程意义。

技术方案：本发明提供了一种基于子结构的复合材料弹性参数识别方法，包括以下步骤：

(1)建立复合材料子结构有限元模型，根据子结构理论对复合材料子结构模型进行动力学缩聚；

(2)将缩聚后子结构特征矩阵装配到残余结构上，计算得到复合材料全模型模态信息；

(3)提取全模型模态数据，计算模态频率对残余结构弹性参数的相对灵敏度；

(4)将试验和有限元模拟的模态频率残差的二范数作为目标函数，利用迭代优化算法最小化目标函数。

进一步，步骤(1)包括以下步骤：

(1.1)建立复合材料精细化有限元模型，施加分析边界条件与载荷；将复合材料结构中材料参数已知部分定义为子结构，将材料参数未知部分定义为残余结构，分别对子结构和残余结构赋予确定性材料参数p和初始参数并将两部分有限元模型分别输出,其中为残余结构待识别的材料参数p_r的初始值；

(1.2)根据所给出的材料参数p和利用有限元方法分别求解子结构和残余结构特征矩阵，并得到子结构在物理坐标u下的动力学方程：

式中，M、C、K分别表示子结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵,F为子结构在物理坐标下的外载荷；

子结构分为内部自由度o集和边界自由度b集，将子结构动力学方程写成分块矩阵形式：

式中，下角标oo和bb分别表示特征矩阵的内部分块和外部分块，ob和bo表示耦合分块；

根据子结构动力学方程的分块形式，求解子结构的约束模态矩阵ψ和固定界面模态矩阵Φ_oo：

其中，I_bb为与Φ_ob维度相同的单位矩阵，ω_o为固定界面特征方程对应的主模态特征频率；