[发明专利]一种复合材料梁结构的多尺度数据驱动算法方案

权利要求书

1.一种面向复合材料梁结构的多尺度数据驱动算法方案，其特征包括：

前处理模块，用于提供宏观(大于1mm)及微、细观(介于1nm到1μm)几何尺寸信息、网格信息、应力应变数据集(材料属性信息)；

处理模块(计算模块)，建立起计算模型，并依托于数据驱动计算力学，无需本构方程且数据库可离线生成，通过迭代搜索数据驱动计算力学泛函距离的极值，取得最优解；

后处理模块，用于显示数值结果，包括宏观和微、细观的位移场、应变场和应力场。

2.根据权利要求1所述的多尺度数据驱动算法方案，其特征在于：

前处理模块提供模型提供的几何形貌信息包括复合材料梁结构的长度、宽度、高度，微观尺度代表体元的应力应变数据集可覆盖宏观尺度的全域，也可以对应于宏观尺度的不同子域，复杂分布形式需要标示出不同的材料区域分布。

3.根据权利要求1所述的多尺度数据驱动算法方案，其特征在于：

前处理模块提供模型不提供材料属性信息，相关信息隐式表达在应力应变数据集形式中。

4.根据权利要求1所述的多尺度数据驱动算法方案，其特征在于：

前处理模块提供模型提供的网格信息包括宏观尺度节点位置信息、单元中各个节点编号、网格单元属性，不同材料区域的单元编号信息。

5.根据权利要求1所述的多尺度数据驱动算法方案，其特征在于，所述方案的处理模块采用变形梯度及基尔霍夫第一应力的关联关系，也可以采用格林拉格朗日应变和基尔霍夫第二应力之间的关联关系。

6.根据权利要求1所述的多尺度数据驱动算法方案，其特征在于：

宏观尺度采用基于卡雷拉(Carrera)统一方程的结构模型进行求解,这一统一方程可以衍生出一阶至N阶的不同梁理论模型，并且一阶模型可以通过处理简化为欧拉-伯努利(Euler-Bernoulli)梁理论、铁木辛柯(Timoshenko)梁理论等不同梁理论。

7.据权利要求1所述的多尺度数据驱动算法方案，其特征在于：

处理(计算)模块的非线性求解过程采用树形搜索技术，按照广义应力应变值大小将数据库存储为多层子结构，在每一次迭代过程中，将真实本构数据点映射至满足平衡方程的本构数据空间，遍历搜索子数据库寻找距离目标数据最近的数据点。

8.根据权利要求6所述的多尺度数据驱动算法方案，其特征在于：

宏观尺度模型的位移场可以写成以下形式：

其中F_τ是关于厚度方向的通用扩展函数,N_u是展开项总数；

因为选择梁理论扩展函数F_τ和N_u是任意的，几种梁理论均可以纳入考虑；

N_i是C₀形函数,q_τi表示节点未知位移未知向量，代表每个单元的节点数。轴向上的线性，二次和三次单元分别标记为“B2”，“B3”和“B4”，均采用拉格朗日插值。