[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

说明书

本申请实施例公开了一种复合材料梁结构的多尺度数据驱动算法方案，包括：前处理部分，由离线数据库所提供细观尺度代表体元的应力应变数据集，以及宏观尺度边界条件、几何尺寸及网格信息。处理（计算）部分，利用前处理过程采集的信息，基于FE2理论及数据驱动计算力学理论，建立起宏观及微观、细观相耦合的多尺度数据驱动计算力学模型，求解出位移、应变、应力等物理参量，其中，宏观尺度和微、细观尺度在每一个迭代搜索步骤中相互关联，信息实时互传；后处理部分，通过标示位移场，应力场及应变场，演示出危险的区域，并可实时计算获得更新后的整体模型。

技术领域

本申请涉及多尺度建模领域，特别涉及一种能够提升计算效率和解决非线性问题的多尺度数据驱动算法方案。

背景技术

复合梁结构广泛存在于工程界与自然界，例如人的腿骨、竹节结构，以及混凝土梁、纤维增强材料制成的风机叶片等细长结构，复合梁结构宏观结构的屈曲失稳等破坏过程，其诱因往往可以追溯到微、细观尺度的变形、失稳等现象，现有的多尺度计算方案依赖于精细的细微观建模，计算量庞大，由此，建立一种可以宏观与微观、细观相互关联，数值世界和现实世界的信息实时交换的、准确高效数据驱动算法方案对于预测问题、避免事故具有很强的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料梁结构的多尺度数据驱动算法方案，目的是提升计算效率，达到多尺度信息互传，虚拟现实世界信息相互传递的高效准确的数值模型。

为了达到上述发明的目的，本发明提供的技术方案如下：

一种多尺度数据驱动算法方案，包括：前处理部分，用于传感器所提供本构关系及几何形貌特征，其中传感器所反映的结构体积可以较小（几十到几百纳米）；处理（计算）部分，利用前处理的数据驱动算法模型，基于FE2理论建立宏观尺度和微观/细观尺度相耦合的多尺度模型，并求解出宏观尺度和微观/细观尺度的位移、应变、应力等物理参量，其中，求解器依据树形搜索技术，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；后处理部分，根据用户需求标示出所需区域/全域的位移场，应力场及应变场，演示出危险的区域，并可实时计算获得更新后的整体模型。

在一些实施例中，所述宏观尺度及微观、细观尺度的后处理过程采用位移云图、应变云图、应力云图来表示计算结果。

在一些实施例中，所述数值模型建立于变形梯度与第一基尔霍夫应力的连续介质力学模型。采用张量形式推导模型，并采用几何非线性假设。

附图说明

本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示类似的结构，其中：

图1是根据本申请一些实施例所示的一种复合材料梁结构的多尺度数据驱动算法方案；

图2是根据本申请所建立的数据驱动算法模型在宏观尺度采用的针对三维情况的梁理论模型；

图3是根据本申请所建立的数据驱动算法模型在宏观尺度梁理论模型的三维情况对应的轴向和横截面的模拟；

图4是根据本申请所建立的数据驱动算法模型在宏观尺度梁理论模型的二维情况；

图5是根据本申请所建立的数据驱动算法模型在宏观尺度梁理论模型的二维情况对应的轴向和横截面的模拟；

图6是根据本申请的多尺度数据驱动算法方案的一个示例性实施例：采用广义应力应变数据集来驱动降维缩减梁结构模型；

图7是根据本申请的多尺度数据驱动算法方案的一个示例性实施例的结果：采用不同阶次梁结构模型的轴向位置-纵向位移曲线与多尺度有限元模型结果对比图。

具体实施方式