[發明專利]一種空間柔性復合材料的參數識別方法

有效

• 申請號: 201910238932.2
• 申請日: 2019-03-27
• 公開（公告）號: CN110059368B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 姜東;秦福溶;費慶國;曹芝腑
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

本發明公開了一種柔性復合材料的參數識別方法，包括以下步驟：S1：建立柔性復合材料細觀有限元模型，并確定主要待識別的結構參數；S2：確定所述柔性復合材料細觀本構模型，推導宏觀結構響應對結構參數的靈敏度公式；S3：結合最小二乘法和相對靈敏度計算方法逐步迭代識別柔性復合材料的細觀結構參數。本發明基于離散有限元推導靈敏度公式，結合相對靈敏度方法和最小二乘法，識別柔性復合材料的結構參數，具有十分重要的工程意義。

技術領域

本發明涉及復合材料性能參數計算的技術領域，特別是涉及一種柔性復合材料的結構參數識別方法。

背景技術

柔性復合材料是一種在空間機構中常用結構，是根據航天器艙壁防護空間碎片撞擊，針對可折疊充氣艙體設計的一種新型夾層復合材料。柔性復合材料除了具有復合材料輕質、高強等特點，還具備可折疊性，大程度減少發射體積的同時高效防護空間碎片。

復合材料參數的結構參數的確定對參數的精確化建模、結構響應預示以及結構優化設計具有重要意義。柔性復合材料中纖維的可折疊性提高了制備工藝的復雜性，從而導致纖維和基體材料在成型前后發生性能的改變。目前關于復合材料的參數識別，主要集中于宏觀結構的參數識別，較少涉及細觀結構參數的識別。對于細觀結構的參數識別能夠為柔性復合材料的精確化建模提供更多幫助。基于最小二乘法的反問題分析中，靈敏度的計算是核心問題。普遍的攝動法計算靈敏度矩陣需要巨大的計算量。國內外學者提出了許多基于材料本構關系的靈敏度分析方法，但大多公式復雜，且容易因目標變量的多樣性出現局部收斂等問題。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種空間柔性復合材料結構參數識別的方法，基于相對靈敏度分析結合最小二乘法得到識別的柔性復合材料結構參數。

技術方案：本發明公開一種空間柔性復合材料的參數識別方法，該方法包括以下步驟：

S1：建立柔性復合材料細觀有限元模型，并確定所需要識別的結構參數；

S2：確定所述柔性復合材料細觀本構模型，推導宏觀結構響應對結構參數的靈敏度公式；

S3：根據所計算的靈敏度，基于最小二乘法逐步迭代識別柔性復合材料的細觀結構參數。

進一步的，所述步驟S1中，建立柔性復合材料有限元模型，確定待識別的結構參數，包括以下步驟：

S1.1：根據先驗信息確定參數識別的加載工況，建立柔性復合材料細觀有限元模型，包括纖維和基體的有限元網格劃分以及各自的局部坐標系。所述先驗信息指的是材料制備廠家提供的初始信息，加載工況指的是模型加載的力、位移、溫度以及邊界條件等。

S1.2：根據復合材料結構特點，柔性復合材料的纖維為正交各向異性，基體為各向同性，以柔性復合材料纖維和基體的結構參數為參數識別的設計變量，并根據先驗信息設置設計變量的參數取值范圍；

以柔性復合材料纖維和基體的結構參數為參數識別的設計變量，給定待識別參數的初值，根據先驗信息，在得到的參數范圍中給定，纖維的材料初值為：E₁₁＝800GPa，E₂₂＝E₃₃＝5GPa，G₁₂＝G₁₃＝9GPa，G₂₃＝10GPa，μ₁₂＝0.1，μ₂₃＝0.1；基體的材料的初值為：E＝8GPa，μ＝0.1，此處參數設置只是示例，可以根據實際需要設置這些參數的初值。

進一步的，所述步驟S2中，確定所述柔性復合材料細觀本構模型，推導宏觀結構響應對結構參數的靈敏度公式，包括以下步驟：

S2.1：確定坐標轉換關系；根據復合材料的整體坐標系和局部坐標系空間關系，確定局部坐標系到整體坐標系的旋轉矩陣T為：