[發明專利]基于中間函數的熱結構模型修正方法

有效

• 申請號: 201711456819.9
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN107992709B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 姜東;朱東輝;費慶國;曹芝腑;李彥斌
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/08;G06F111/10
• 代理公司: 北京萬貝專利代理事務所(特殊普通合伙) 11520
• 代理人: 馬斌

本發明公開了一種基于中間函數的熱結構模型修正方法，包括以下步驟：建立熱結構有限元模型；將實際工況下的溫度場作為載荷條件，得到溫度載荷；設定線性中間函數，從而將熱結構有限元模型中對參數的修正轉換成為對所述中間函數中間變量的修正；通過將中間變量攝動0.01倍后計算熱模態頻率，采計算攝動后的中間變量對熱模態頻率的相對靈敏度，選取與多個相對靈敏度較大相對應的中間變量；通過不斷地更換步驟中所選取的中間變量，將計算得到的熱模態頻率與試驗測得的試驗熱模態頻率誤差不斷減小直至最小。該熱結構動力學模型修正方法通過中間函數，減少待修正參數數量，提高修正程序效率。

技術領域

本發明屬于熱結構動力學模型修正方法技術領域，具體是涉及一種基 于中間函數的熱結構模型修正方法。

背景技術

復合材料結構具有高比強度、高比剛度、耐疲勞等優異性能，廣泛應 用于高速及超高速飛行器。但由于其材料組分多樣，制作工藝復雜，復合 材料結構細觀材料參數各異。在結構分析及設計的過程中，如果采用復合 材料結構的細觀分析模型，將大幅增加建模難度，修正參數過多會導致參 數修正準確性較低的問題以及產品設計階段的時間成本。因此建立復合材 料結構的有限元分析模型并對其進行模型修正，對提高復合材料結構分析 的準確性具有十分重要的意義。

比如：高速飛行器在大氣層中或持續在空間飛行時，將承受巨大的氣 動熱影響。飛行器采用可靠的熱結構就可以避免飛行器因氣動熱引起的結 構燒燭或失效而無法勝任飛行任務。高溫及溫度梯度對結構的動態特性會 產生比較大的影響，從而直接影響結構的固有頻率以及振型，因此對高溫 環境下結構動力學特性的研究至關重要。為了獲得高溫環境下結構準確的 動力學模型，準確識別結構在熱環境下的動力學參數，是工程問題中亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術中的不足，提供一種基于中間函 數的熱結構模型修正方法。該熱結構動力學模型修正方法通過中間函數， 減少待修正參數數量，提高修正程序穩定性，其為工程應用提供了一種準 確的基于數值模擬、優化相結合的復合材料等效有限元模型參數修正方 法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：基于中間函數的熱結構 模型修正方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、在有限元軟件中，根據熱結構幾何尺寸參數和隨溫度變化的 材料參數建立熱結構有限元模型；

步驟二、將實際工況下的溫度場作為載荷條件，進行有限元熱傳導分 析，并將所述熱傳導分析得到的溫度場作為溫度載荷；

步驟三、將有限元模型中橫向各向異性材料剛度矩陣中12個參數與 溫度之間的關系設為線性中間函數，中間函數的系數稱為中間變量,從而 將熱結構有限元模型中對參數的修正轉換成為對所述中間變量的修正；

步驟四、通過將中間變量攝動0.01倍后計算熱模態頻率，采用差分 法計算攝動后的中間變量對熱模態頻率的相對靈敏度，然后選取與多個相 對靈敏度較大相對應的中間變量；

步驟五、將修正問題轉換為優化參數問題，通過不斷地更換步驟四中 所選取的中間變量，將有限元分析軟件計算得到的熱模態頻率與試驗測得 的試驗熱模態頻率誤差不斷減小直至最小，從而完成對熱結構有限元模型 的修正。

上述的基于中間函數的熱結構模型修正方法，其特征在于，所述步驟 三中，將熱結構有限元模型中對參數的修正轉換成為對所述中間變量的修 正的具體方法如下：

將材料剛度矩陣D中的系數在溫度區間內近似線性分布時對參數進行 最小二乘線性擬合，擬合方程為y＝kx+b，其中，y為熱模態頻率，x為溫 度載荷，各個參數擬合方程中的斜率系數k和截距系數b均為中間變量p； 其中，12個剛度矩陣參數表示為：

其中，