[發明專利]一種基于發生函數法的復合材料層合板可靠性評估方法

有效

• 申請號: 201810244595.3
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108763608B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 周金宇;劉成龍;臧杰;張加波
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F113/26;G06F111/08;G06F119/02
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 黃杭飛

本發明提供一種基于發生函數法的復合材料層合板可靠性評估方法，涉及復合材料層合板宏觀強度的可靠性評估方法。該方法具體步驟包括：(1)根據復合材料層合板的結構特征及材料屬性，確定層合板中的隨機變量；(2)對各隨機變量進行均勻離散化，得到各隨機變量的性能值和對應概率值的集合，并構建載荷、強度等發生函數；(3)定義發生函數的復合算子和相應的性能結構函數；(4)通過發生函數的復合運算，根據復合材料層合板的終層失效準則，結合Tsai?Hill強度理論和增量載荷法原理，并利用同類項合并和K?means聚類技術建立層合板的可靠性模型。

技術領域

本發明涉及復合材料層合板宏觀強度的可靠性評估技術領域，具體涉及一種基于發生函數法的復合材料層合板可靠性評估方法，該方法適用于多變量(包含非正態隨機變量)且功能函數為非線性的結構系統可靠性評估。

背景技術

復合材料由兩種或多種不同性質的材料用物理或化學方法在宏觀尺度上組成的具有新性能的材料，它既保留了原組分材料的性能，又增加了原組分材料不具備的新性能。復合材料因較高的比強度、比模量和較好的可設計性等優異性能被廣泛應用于航空航天、汽車、機械等領域。

對于復合材料層合板，由于復合材料組分材料存在各向異性和較大的分散性等特點，在強度分析時，受到載荷、環境和層合結構等諸多不確定因素的影響，因此對復合材料層合板結構進行可靠性分析是十分必要的。

目前，大部分的報道主要采用快速積分法(FPI)、解析法、隨機有限元(SFE)法和蒙特卡羅法(MCM)對復合材料層合板結構進行宏觀或微觀的可靠性研究，由于多數復合材料層合板失效準則缺乏完備的物理內涵，導致各失效準則的失效模式、使用場合和數學形式不盡相同，因此建立的極限狀態方程缺乏統一的表達范式，不便于在標準化程序框架內集成運算；而失效準則涉及諸多受控于細觀隨機源的宏觀隨機變量(如：彈性模量、強度等)，盡管可通過細觀力學模型建立宏觀變量與細觀組分參數之間的確定性關系，但由于尺寸效應、隨機性等復雜因素的影響，很難通過細觀力學模型精確預報宏觀變量的統計信息，不便于概率設計。

發生函數法以統一的表達式描述系統中各元件的性能與其性能概率之間的關系，因易編程、計算效率高等特點，在電子產品、電力系統以及機械系統的可靠性分析中得到了廣泛的應用。近10年間，國內外相關學者利用發生函數法在結構系統及多狀態系統可靠性研究領域中取得了較多研究成果。

(一)解決的技術問題

本發明所解決的技術問題在于提供一種發生函數法建模。對于復合材料層合板，由于復合材料組分材料存在各向異性和較大的分散性等特點，在強度分析時，受到載荷、環境和層合結構等諸多不確定因素的影響，導致眾多隨機變量的產生，而通常情況下隨機變量的統計信息與正態分布不盡相符，多呈非正態分布；單層板的Tsai-Hill強度準則、Tsai-Wu強度準則和Hoffman準則等及層合板功能函數多為非線性形態；層合板失效路徑中的各單元之間會因同一隨機載荷的作用，存在失效相關性；在層合板失效的過程中，往往伴隨著載荷的轉移和再分配等問題。這些給復合材料層合板的可靠性分析帶來了一定困難。發生函數法可通過跨尺度傳遞各隨機變量的統計信息，替代概率分布函數描述宏觀強度、剛度及細觀隨機源等，通過復合算子的特性實現隨機變量統計信息從細觀向宏觀的跨尺度精確傳遞，避免因忽略尺寸效應和非正態隨機性導致的分析誤差。

(二)技術方案

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種基于發生函數法的復合材料層合板可靠性評估方法，包括如下步驟：

S1、確定復合材料層合板材料屬性和幾何特征：