[發明專利]一種基于再生核粒子算法的復合材料鋪覆性分析方法

在審

• 申請號: 202010017881.3
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111259516A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 亞紀軒;陳灝;毛立奮
• 申請（專利權）人: 上海索辰信息科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

基于再生核粒子算法的復合材料鋪覆性分析方法：選取復合材料預制體材料并參數設置；對復合材料鋪覆模具的幾何模型粒子離散得到離散顆粒，確定離散顆粒的初始位置、影響域；用再生核粒子算法構造離散顆粒的形函數，據形函數和影響域內離散顆粒位移構造全場位移場函數；用邊界轉化方法對位移場函數邊界處理，聯立動量方程、幾何方程、物理方程及邊界條件構造等效積分弱形式方程；位移場函數帶入等效積分弱形式方程求解得到剛度矩陣，獲得質量和阻尼矩陣；施加外力、剛度、質量和阻尼矩陣代入中心差分法遞推公式求解獲得離散顆粒不同時刻位移，將不同時刻位移代入等效積分弱形式方程中得到復合材料預制體在復合材料鋪覆模具的型面上的鋪覆結果。

技術領域

本發明涉及復合材料分析領域，特別涉及一種基于再生核粒子算法的復合材料鋪覆性分析方法。

背景技術

目前，越來越多的復合材料結構件被應用到飛機、導彈等航天器上。相比傳統金屬、非金屬材料，復合材料具有高比強度、高比模量、耐熱、耐腐蝕、耐疲勞以及包括材料可設計性在內等諸多獨特的性能，使得復合材料的研究與應用愈發受到人們的重視。

國內大多采用傳統的復合材料構件制造方式，即手工為主，采用手工下料、手工定位、手工鋪覆等。傳統的復合材料構件加工方式成本高，質量控制點多，精度低，配合協調性差，一旦出現加工上的缺陷，只能重新再加工，嚴重浪費成本且大大增加了生產周期，同時對工人的經驗要求很高。目前解決這些問題的唯一途徑，是在外形設計階段通過對復合材料的鋪覆性進行分析，在早期就及時對鋪覆性較差的構件重新進行設計，可大大節約復合材料的研究制造成本并加快整個設計周期。

當前復合材料鋪覆性分析廣泛應用的方法是映射法。映射方法將變形成型看成一個幾何變換的過程，原始扁平的復合材料片材被映射到模具的型面上。映射方法受纖維不能伸長這一基本的假設支配，計算在本質上是純幾何的。這種方法對于復雜模具型面，預制體能夠發生復合材料預制件成型所需要的任意大的剪切，但是試驗表明，當出現非常大的剪切時預制體會產生成型缺陷，這表明映射法對于復雜型面，復合材料預制件鋪覆性無法進行分析。

發明內容

本發明針對現有技術存在的問題和不足，提供一種基于再生核粒子算法的復合材料鋪覆性分析方法，可以更加真實準確的對復合材料在模具上的鋪覆性進行分析。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：

本發明提供一種基于再生核粒子算法的復合材料鋪覆性分析方法，其特點在于，其包括以下步驟：

S1、構建復合材料鋪覆模具的幾何模型；

S2、根據復合材料預制體的形式選取目標復合材料預制體材料，對目標復合材料預制體的材料參數進行設置；

S3、對復合材料鋪覆模具的幾何模型進行粒子離散以得到離散顆粒，并確定離散顆粒的初始位置、影響域和影響域半徑；

S4、利用再生核粒子算法構造影響域內離散顆粒的形函數，根據離散顆粒的位置和影響域半徑，利用形函數和影響域內離散顆粒的位移構造全場位移場函數；

S5、利用邊界轉化方法對全場位移場函數進行邊界處理，以消除邊界不一致性引起的誤差，聯立動量方程、幾何方程、物理方程及邊界條件構造動量方程的等效積分弱形式方程；

S6、將邊界處理后的全場位移場函數帶入等效積分弱形式方程中求解得到影響域的剛度矩陣，各離散顆粒的質量特性轉換與集成得到影響域的質量矩陣，各離散顆粒的阻尼特性轉換與集成得到影響域的阻尼矩陣；

S7、將剛度矩陣、施加的外力、質量矩陣和阻尼矩陣代入中心差分法遞推公式中進行代數求解獲得離散顆粒不同時刻的位移，將不同時刻的位移代入等效積分弱形式方程中得到復合材料預制體在復合材料鋪覆模具的型面上的鋪覆結果。

較佳地，中心差分法的遞推公式：