[發明專利]基于應變全場測量的復合材料彈性性能變異性辨識方法

有效

• 申請號: 201610937882.3
• 申請日: 2016-10-25
• 公開（公告）號: CN106525847B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 孟松鶴;楊強;解維華;金華;易法軍;許承海
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司 23101
• 代理人: 吳振剛

1.一種基于應變全場測量的復合材料彈性性能變異性辨識方法，其特征在于，方法如下：

步驟1：獲取試樣彈性性能測試過程中試樣的全場應變：

采用數字圖像相關方法獲取試樣的全場應變，在試驗前，在試樣表面制備散斑，在試驗中利用CCD相機采集試樣表面平面圖像；試驗后采用數字圖像相關技術定義平面直角坐標，并進行數據處理得到試樣表面特征點的位移其中i＝1,2,…,N，特征點坐標與位移存在函數關系，如式(1)所示；

函數f(x,y)與函數g(x,y)的具體形式由特征點數據與插值方法給出，如式(2)所示；

其中，F_i與G_i分別為對應于特征點i的插值基函數，小應變條件下，彈性應變與位移的關系為式(3)；

利用上述公式，獲取應變場信息利用數字圖像相關技術獲取復合材料單向拉伸條件下的標距區應變場云圖；

步驟2：將應變場劃分為有限個子區，獲取每個子區的平均應變信息；

提取試樣標距區的應變場信息，將應變場劃分為8×8網格型的正方形子區域R_i，邊長為b，面積為A_i，i＝1,2,…,M，M為子區個數；

在每個子區域內，用面積平均的方法計算子區的平均應變

其中上標0代表初始試驗結果；

步驟3：利用試驗中的平均載荷L，獲取每個子區初始材料性能P_i⁰；

設單軸加載方向為x方向，所述的初始材料性能的獲取，首先設各子區受力L_i大小一致，即L_i＝L通過實驗載荷數據和試樣截面厚度t，由式(5)計算得到平均應力：

由平均應力與應變之比獲得材料加載方向上的彈性模量，即：

由于復合材料微細觀結構變異性，各子區內的應變平均值不完全一致，計算得到的各子區初始材料性能也不完全一致，即一般有與此同時，由于各子區的彈性性能差異，各個子區實際所受的載荷大小不一致，需要進行迭代修正；

步驟4：依據試驗過程，建立試樣測試試驗的模擬模型；

試驗模擬模型采用通用有限元分析軟件建立，所建立的模型應依照試驗過程，采用相同的加載方式和載荷，測試實驗模擬模型中，僅建立試樣的標距區模型，并劃分相同的子區，以便與實驗數據的子區劃分相對應；采用通用有限元軟件ABAQUS建立了復合材料單向拉伸試驗標距區的模擬模型；

步驟5：將上一次計算得到的材料性能代入模擬模型，迭代計算新的子區材料彈性性能；

所述的迭代過程，是利用前次計算得到的子區彈性性能，代入模擬模型中的相應區域，進而計算得出當前子區平均應變進而用當前子區平均應變與當前子區的材料彈性性能P_i^k，計算得到當前子區所受的實際載荷大小其中k為當前迭代次數，利用該實際載荷利用(5)得到平均應力除以試驗得到的各子區平均應變利用式(6)得到本次計算的材料彈性性能P_i^k+1，并用于下一次的迭代計算；

步驟6：重復步驟5，直至迭代滿足收斂準則；

取ζ＝0.1％；

步驟7：將各個子區的材料性能作為樣本，計算表征材料性能離散性的統計參數；

得到各子區的材料性能，利用統計分析方法，計算各子區材料性能的平均值以及統計方差S_P，作為材料彈性性能離散性的表征參數；

累積概率密度函數c(P)的計算方法為：