[發明專利]一種CFRP低速沖擊損傷樣本低試驗代價獲取方法

在審

• 申請號: 201811275486.4
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109283071A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 路士增;王孝紅;姜明順;于宏亮;袁鑄鋼;孟慶金;景紹洪;張強;蔣萍;劉釗
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30;G06F17/50
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 李修杰

本發明公開了本發明提供的一種CFRP低速沖擊損傷樣本低試驗代價獲取方法，包括以下步驟：建立CFRP結構健康狀態有限元模型；獲取健康狀態數值模擬信號；構建實驗系統并獲取健康狀態實驗數據；構建誤差校正矩陣；構建CFRP結構低速沖擊損傷狀態有限元模型；獲取低速沖擊損傷狀態數值模擬信號；利用誤差校正矩陣對低速沖擊損傷狀態數值模擬信號進行校正，從而獲得CFRP結構低速沖擊損傷狀態樣本。本發明通過誤差校正矩陣對低速沖擊損傷狀態數值模擬信號進行校正來獲取CFRP結構的低速沖擊損傷狀態樣本，解決了CFRP結構損傷樣本低試驗代價的獲取問題。

技術領域

本發明涉及結構健康監測領域,具體涉及一種CFRP低速沖擊損傷樣本低試驗代價獲取方法。

背景技術

碳纖維增強聚合物基復合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP)具有質量輕、強度高、可設計性強等優良特性，是航空航天等尖端科技領域一種不可或缺的戰略性新材料。然而，由于碳纖維復合材料的非均質性、各向異性等特點，其對沖擊特別敏感，即使是沖擊速度10米/秒以下的低速沖擊也會導致結構產生內部分層等表面目不可檢損傷。應用碳纖維復合材料要突破的核心關鍵技術之一便是低速沖擊健康監測技術。但是由于碳纖維復合材料的損傷演化規律和失效過程與金屬材料有著本質的不同，研發與CFRP特性相適應的低速沖擊健康監測技術對于保障復合材料結構服役安全，具有重要的科學意義和工程價值。

現有CFRP低速沖擊損傷健康監測技術多通過對結構損傷狀態信號進行分析建模實現。各種損傷狀態信號的獲取是實現上述技術的關鍵。然而，在航空航天等尖端科技領域，由于高可靠性結構設計和昂貴成本，破壞復合材料結構獲取損傷樣本代價極高且難以實現，這極大制約了以獲取損傷樣本為基礎的CFRP低速沖擊損傷健康監測技術的實際應用。有限元仿真可通過對復合材料結構損傷進行數值模擬，獲取損傷數值模擬樣本，但是由于非理想邊界條件、有限元離散化、非線性結構特性等原因，有限元模型必然存在建模誤差。

發明內容

鑒于航空航天等尖端科技領域破壞復合材料結構獲取損傷樣本代價高昂且難以實現，進而制約以獲取損傷樣本為基礎的CFRP低速沖擊損傷健康監測技術實際應用的問題，本發明的目的是提供一種CFRP低速沖擊損傷樣本低試驗代價獲取方法，能夠以低試驗代價獲取損傷樣本，為建立一個可靠的損傷評估模型準確評估CFRP結構損傷、實現CFRP低速沖擊損傷健康監測技術的廣泛應用提供數據支撐。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供的一種CFRP低速沖擊損傷樣本低試驗代價獲取方法，通過誤差校正矩陣對低速沖擊損傷狀態數值模擬信號進行校正來獲取CFRP結構的低速沖擊損傷狀態樣本。

作為本實施例一種可能的實現方式，所述方法具體包括：

建立CFRP結構健康狀態有限元模型；

獲取健康狀態數值模擬信號；

構建實驗系統并獲取健康狀態實驗數據；

構建誤差校正矩陣；

構建CFRP結構低速沖擊損傷狀態有限元模型；

獲取低速沖擊損傷狀態數值模擬信號；

利用誤差校正矩陣對低速沖擊損傷狀態數值模擬信號進行校正，從而獲得CFRP結構低速沖擊損傷狀態樣本。

作為本實施例一種可能的實現方式，所述建立CFRP結構健康狀態有限元模型的過程為：采用有限元分析方法進行建立CFRP結構健康狀態有限元模型。

作為本實施例一種可能的實現方式，所述獲取健康狀態數值模擬信號的過程為：對CFRP結構進行動力響應分析得到健康狀態數值模擬信號，所述健康狀態數值模擬信號的類型選擇為結構的頻率響應特性。