[发明专利]航天复合材料层合板可靠性分析系统及方法

说明书

本发明提供了一种航天复合材料层合板可靠性分析系统及方法，参数设定模块定义单层板的力学性能参数，确定性性能分析模块计算层合板面内工程弹性常数的毯式曲线，参数随机化模块将单层板的力学性能参数进行随机化设置，生成基本输入随机变量，分析设定模块设定并选择可靠性分析方法和抽样策略；可靠性分析模块根据层合板面内工程弹性常数的毯式曲线、选择的可靠性分析方法和抽样策略，分析层合板面内工程弹性常数的不确定性的具体来源，采用基于方差的方法计算各个基本输入随机变量对输出响应量方差的重要性测度指标，还根据重要性测度指标结果确定对所考虑的层合板面内工程弹性常数的变异性影响最大的入变量，以确定减小其变异性的最佳方法。

技术领域

本发明涉及航天复合材料技术领域，特别涉及一种航天复合材料层合板可靠性分析系统及方法。

背景技术

目前，复合材料在高端工程结构的设计中有着日益广泛的应用，特别在航天器结构的设计领域，复合材料作为一种轻质高性能材料，目前已成为航天器结构的重要结构材料之一。复合材料的应用，对航天器结构的轻质化、小型化和高性能化起着至关重要的作用。复合材料的用量已成为航天器先进性的一个重要标志。航天器是高新技术的综合实验场，航天器上复合材料结构的应用，代表了航天器复合材料结构技术发展水平现状。我国从20世纪80年代开始，将复合材料在航天结构中的应用技术研究列入重点发展领域。

复合材料是由两种或两种以上材料独立物理相，通过复合工艺组合构成的新型材料。其中，连续相称为基体、分散相称为增强体，两相之间有明显的界面。复合材料在保留原有组分材料的主要特点的基础上，通过复合效应获得原组分材料所不具备的性能。目前结构上应用的纤维增强树脂基复合材料是由纤维、基体和界面三个结构单元构成。其中高模量、高强度的增强纤维是承载和传力主体，而纤维以平直状态承载和传力最佳，故复合材料适合制造各种平板、小曲率板，因此，复合材料层合板是实际中最为常见和广泛使用的一种结构形式。

与金属材料相比，复合材料有着众多突出的优点，但它的缺点也是不可忽视的，其中最为突出的缺点之一是其性能数据的分散系数比金属材料大。由此导致了复合材料结构的性能不稳定，如果设计不当，容易在实际使用中发生结构失效的情况，这在航天器结构的设计中是要坚决避免的。因此，为提高复合材料结构的稳定性和可靠性，对复合材料层合板面内工程弹性常数进行变异性分析和可靠性分析便是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航天复合材料层合板可靠性分析系统及方法，以解决现有的复合材料结构的性能不稳定容易在实际使用中发生结构失效的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种航天复合材料层合板可靠性分析系统，所述航天复合材料层合板可靠性分析系统包括参数设定模块、确定性性能分析模块、参数随机化模块、分析设定模块及可靠性分析模块，其中：

所述参数设定模块被配置为定义单层板的力学性能参数，并将所述单层板的力学性能参数发送至所述参数随机化模块；

所述确定性性能分析模块被配置为计算层合板面内工程弹性常数的毯式曲线，并将所述层合板面内工程弹性常数的毯式曲线发送至所述可靠性分析模块；

所述参数随机化模块被配置为将所述单层板的力学性能参数进行随机化设置，生成基本输入随机变量，并将所述基本输入随机变量发送至所述可靠性分析模块；以及

所述分析设定模块被配置为设定并选择可靠性分析方法和抽样策略；

所述可靠性分析模块被配置为根据所述层合板面内工程弹性常数的毯式曲线、选择的可靠性分析方法和抽样策略，分析层合板面内工程弹性常数的不确定性的具体来源，并采用基于方差的方法计算各个所述基本输入随机变量对输出响应量方差的重要性测度指标，并且所述可靠性分析模块还被配置为根据所述重要性测度指标结果确定对所考虑的层合板面内工程弹性常数的变异性影响最大的入变量，以确定减小其变异性的最佳方法。