[發明專利]一種三明治復合材料結構的參數識別方法

在審

• 申請號: 201710709987.8
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107657073A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 費慶國;曹芝腑;姜東;劉璟澤;范芷若
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01N3/34
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 張婧

技術領域

本發明涉及一種多步分組優化識別方法，尤其涉及一種三明治復合材料結構的參數識別方法。

背景技術

三明治復合材料板為層合板結構，上面板與下面板均采用復合材料，利用復合材料的抗屈曲、高強度和剛度特性，可使該結構具有良好的承載性能。同時夾芯層中填充隔熱材料，又可以使上面板與底板的熱導率低，熱容高，進而使整個方案具有良好的隔熱性能，被廣泛應用于機械工程等領域。

復合材料組分復雜，使得材料在宏觀力學性能上表現出各向異性。通過靜力實驗測試，存在難以獲取各個方向的彈性參數的問題，導致三明治復合材料板的材料參數難以準確獲取。

因此，亟待解決上述問題。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種可有效精準識別具有層合板特效的三明治復合材料結構的參數識別方法。

技術方案：為實現以上目的，本發明公開了一種三明治復合材料結構的參數識別方法，包括如下步驟：

步驟1，所述三明治復合材料結構包括上、下面板和位于中間的芯層，建立三明治復合材料結構的有限元模型，將三明治復合材料結構等效為殼-實體-殼形式的正交各向異性均質材料有限元模型；

步驟2，對三明治復合材料結構進行模態實驗，得到三明治復合材料結構的模態頻率和模態振型；

步驟3，利用基于相對靈敏度分析的參數選擇方法，對三明治復合材料結構的待修正參數進行相對靈敏度分析并進行參數分組，得到靈敏參數組；

步驟4，利用多步分組優化方法，采用三明治復合材料結構的模態頻率，對靈敏參數組進行優化，最終得到識別后的三明治復合材料結構的參數。

其中，所述步驟2的模態實驗中采用的試驗系統包括脈沖力錘、加速度傳感器、數據采集儀、信號分析儀和計算機，所述脈沖力錘和加速度傳感器接入數據采集儀的對應接口，該數據采集儀依次與信號分析儀和計算機相連接；所述模態實驗的具體步驟如下：

2.1)利用錘擊法，對三明治復合材料結構進行自由狀態下的動態特性試驗，首先對三明治復合材料結構進行錘擊點布置，并在結構遠離模態駐點處定義一個拾振點；

2.2)懸掛三明治復合材料結構使其成為自由邊界結構，將加速度傳感器固定在拾振點處；

2.3)通過信號分析儀設置模態分析參數；

2.4)用脈沖力錘在結構上對每個錘擊點沿垂直于面內方向施加脈沖力，采集每一錘擊點在受到脈沖激勵時的輸入信號與輸出信號；

2.5)用信號分析儀對輸入信號與輸出信號進行模態參數識別，得到試驗系統的頻響函數，然后通過曲線擬合得到三明治復合材料結構的模態頻率和模態振型。

優選的，所述步驟3中所述相對靈敏度分析的具體步驟如下：

3.1)根據待修正參數的初步物理特性分析，得到初始待修正參數；

3.2)利用相對靈敏度計算公式，對初始待修正參數進行靈敏度分析，得到相對靈敏度矩陣S_r；將具有相同量級相對靈敏度的參數分在同一組，根據相對靈敏度量級從高到低的順序進行順次修正得到靈敏參數組，其中相對靈敏度計算公式為：

式中f是模態頻率向量，p為待修正參數向量。

進一步，所述待修正參數包括上、下面板的面內彈性模量E₁、E₂、G₁₂和芯層材料常數C₁₁、C₂₂、C₄₄、C₅₅、C₆₆。

再者，所述步驟4中所述多步分組優化方法，具體包括如下步驟：

4.1)根據步驟3得到待修正參數進行分組，即待修正參數向量p分為n個子集：p¹，p²，…，pⁿ；

4.2)確定目標優化函數：根據步驟2所得到的模態頻率試驗值，針對各階試驗模態頻率，確定如下的目標優化函數：

其中f^e為試驗模態頻率向量，f^a為分析模態頻率向量，該目標優化函數的物理含義是：在參數的變化范圍[p_l，p_u]內，尋找最優化參數使得試驗模態頻率和分析模態頻率向量差的二范數最小，p_l和p_u分別為修正過程中根據模型設置的參數下界和上界；