[發明專利]一種功能梯度材料與結構的參數統計識別方法

有效

• 申請號: 201711178056.6
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107958111B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 徐亞蘭;陳永琴;郭空明;崔明濤
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/20
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 孟凡臣

本發明涉及一種功能梯度材料與結構的參數統計識別方法，該方法是基于功能梯度結構隨機模型修正的功能梯度材料組分材料物性參數及組分分布的統計識別方法。一方面，采用每一步迭代對搜索范圍進行調整的方法，提高識別速度；另一方面，通過建立功能梯度結構模態參數相對識別參數的一階偏導和功能梯度材料有效物性參數相對識別參數的一階偏導之間的對應關系來實現材料識別參數隨機性到結構模態參數隨機性的傳播，避免了迭代識別過程中累積誤差造成的不收斂。

技術領域

本發明涉及非均質材料與結構的參數統計識別技術，更具體地說，涉及一種功能梯度材料與結構的參數統計識別方法。其用于機械工程、航空航天領域中功能梯度材料與結構的組分材料物性參數、組分分布的統計識別。

背景技術

功能梯度材料因其卓越的耐高溫、機械強度高及抗熱沖擊性能而在機械工程、航空航天等領域備受矚目。由于功能梯度材料制備工藝的復雜性與多樣性，目前工藝要滿足功能梯度材料的物理力學性能呈預先設計的理想梯度變化仍有不少困難，實際制備過程中幾乎不可能精確按照預定的梯度制備出功能梯度材料，其微觀結構、組分材料體積含量以及間隙等往往表現出明顯的隨機特征。此外，功能梯度材料由于其優越的耐高溫擠抗熱沖擊的性能，經常被使用于高溫環境；而功能梯度材料組分材料的某些物理性能(比如楊氏彈性模量)會隨溫度發生變化。所以，功能梯度材料作為非均質復合材料，其材料熱物參數的不確定性是固有的，而熱物參數的不確定性最終會導致微機械行為、宏觀力學性能等呈現出很大的不確定性。

準確的功能梯度材料材料參數是功能梯度材料結構宏觀機械及力學分析的基礎。傳統意義上，非均質材料的物性參數及組分材料分布往往通過壓痕實驗獲得。由于功能梯度材料涉及的參數比較多，其性能參數離散性比較大，用標準測試方法測定的材料參數很可能與工程中實際構件的性能參數有較大偏差，而且相應的實驗比較耗時耗力，有必要利用功能梯度結構動力學和材料參數之間的關系，建立無損有效且易實現的方法來確定功能梯度材料的組分材料參數和組分分布的統計特性。

用于本發明的隨機模型修正技術是現有技術公知的，但是一般是對傳統均質材料與結構進行模型修正及參數識別。在傳統技術中，通常采用信賴域優化方法來保證識別過程的收斂，以及利用差分方法代替微分法，來求取高維結構模態參數相對識別參數的一階偏導。這些技術用于非均質的功能梯度材料與結構會出現的重大缺陷是在于信賴法會影響識別速度，而由于功能梯度材料有效物性參數與體積組分指數之間的復雜關系，差分法會導致隨機性的傳播出現較大誤差，每次迭代的誤差積累，這將會導致迭代過程不收斂，最終導致識別不成功。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術在功能梯度材料參數識別技術上的不足之處，提供一種功能梯度材料材料與結構的參數統計識別方法，以便提高識別效率并保證識別過程的收斂。

本發明技術方案是:一種功能梯度材料與結構的參數統計識別方法，其特征是：至少包括以下步驟：

步驟1：建立功能梯度結構的有限元模型，并利用一階攝動方法，獲得結構的隨機有限元模型；

步驟2：在隨機有限元模型基礎上，利用振型的正交性及一階攝動方法，建立功能梯度結構模態參數相對識別參數的一階偏導和功能梯度材料有效物性參數相對識別參數的一階偏導之間的對應關系；

步驟3：對功能梯度結構進行振動測試，并進行模態參數辨識，獲得一定樣本的實際模態數據，通過樣本估計獲得實際模態參數的均值與協方差；

步驟4：對功能梯度材料的組分材料物性參數及組分分布進行初始化；

步驟5：利用步驟1的有限元模型進行模態分析，獲得理論計算的模態參數；