[发明专利]纤维增强复合材料参数层级敏感性分析方法

说明书

一种纤维增强复合材料参数层级敏感性分析方法，通过确定纤维增强复合材料多尺度模型各层级的子模型，经细观‑介观尺度模型材料参数敏感性分析得到细观‑介观尺度指标，然后通过介观‑宏观尺度模型材料参数敏感性分析得到介观‑宏观尺度指标和独立转换变量；再基于敏感性分析得到细观材料参数与独立转换变量的敏感性指标；最后通过线性回归获得线性回归系数并集成组合上述指标获得整个纤维增强复合材料多尺度模型的敏感性指标，并基于该敏感性指标对材料参数的影响程度进行有效评估。本发明对提高新材料的设计效率，缩短设计周期，快速有效地进行材料设计方案有着重要意义和实际价值。

技术领域

本发明涉及的是一种新材料制造领域技术，具体是一种纤维增强复合材料参数层级敏感性分析方法。

背景技术

纤维增强复合材料具有密度低、比刚度高、比强度高以及耐疲劳等优点，但在各个尺度均存在因材料离散性、制造过程、仿真模型和操作环境等因素导致的不确定性，这些不确定性通过尺度传递和相互作用影响着纤维增强复合材料宏观力学性能。通过层级敏感性分析方法对提高新材料的设计效率，缩短设计周期，快速有效地进行材料设计方案有着重要意义和实际价值。

在实现纤维增强复合材料参数层级敏感性分析过程中存在两个研究难点：一是材料参数随机变量在尺度传递过程中会因共享变量存在而产生相关性，需要进行考虑相关性的敏感性分析并选择合适的敏感性指标；二是在各尺度敏感性分析得到各子系统的敏感性指标，如何合理有效地集成子系统敏感性指标从而获得整个纤维增强复合材料多尺度模型的敏感性指标。

发明内容

本发明针对现有技术无法解决上述两个研究难点的缺陷，提出一种纤维增强复合材料参数层级敏感性分析方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种纤维增强复合材料参数层级敏感性分析方法，通过确定纤维增强复合材料多尺度模型各层级的子模型，经细观-介观尺度模型材料参数敏感性分析得到细观-介观尺度指标，然后通过介观-宏观尺度模型材料参数敏感性分析得到介观-宏观尺度指标和独立转换变量；再基于敏感性分析得到细观材料参数与独立转换变量的敏感性指标；最后通过线性回归获得线性回归系数并集成组合上述指标获得整个纤维增强复合材料多尺度模型的敏感性指标，并基于该敏感性指标对材料参数的影响程度进行有效评估。

所述的纤维增强复合材料多尺度模型各层级的子模型包括：细观-介观尺度模型g^L:X→Y和介观-宏观尺度模型g^U:Y→Z，其中：上标L表示细观-介观尺度模型，上标U表示介观-宏观尺度模型；细观-介观尺度模型输入变量X＝(X₁,X₂,…,X_n)，n为输入变量数目；介观-宏观尺度模型的输出变量及介观-宏观尺度模型的输入变量为Y＝(Y₁,Y₂,…,Y_m)，m为输出变量数目；介观-宏观尺度模型的输出变量为Z，介观-宏观尺度模型为为介观-宏观尺度模型局部输入变量；X_sb为跨尺度共享变量；Y包含具有相关性的变量Y_s和独立变量

所述的细观-介观尺度指标包括：细观-介观尺度模型的输入变量关于输出响应的敏感性指标、输出响应的方差和各变量对输出响应方差的贡献方差。

所述的介观-宏观尺度指标包括：介观-宏观尺度模型各转换变量的边缘敏感性指标和其对输出响应方差的贡献方差。

所述的边缘敏感性指标为：介观-宏观尺度模型正交独立转换后的随机变量贡献方差与输出响应方差的比值。

所述的共享变量是指同时作为两个及两个以上子模型的输入变量，被同一尺度的子模型共享的变量定义为同尺度共享变量，被不同尺度的子模型共享的变量定义为跨尺度共享变量。仅作为一个子模型的输入变量被定义为局部变量。