[發(fā)明專利]一種修正的Biot復(fù)合材料頻變阻尼行為預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010735472.7
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111783316B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦朝燁;潘圣其;代其義;褚福磊
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G16C60/00;G06F111/04;G06F111/06;G06F113/26
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發(fā)明提出一種修正的Biot復(fù)合材料頻變阻尼行為預(yù)測方法，涉及復(fù)合材料領(lǐng)域。本發(fā)明通過在現(xiàn)有的Biot模型基礎(chǔ)上并聯(lián)一個阻尼微振子來修正Biot模型，對待預(yù)測的樹脂基復(fù)合材料進行DMA實驗，根據(jù)實驗結(jié)果建立一個目標(biāo)優(yōu)化模型，對模型求解，確定修正的Biot模型的各參數(shù)值，最終得到該樹脂基復(fù)合材料在對應(yīng)不同激勵頻率下的儲能模量、耗能模量和損耗因子。本發(fā)明針對樹脂基復(fù)合材料的阻尼預(yù)測精度比現(xiàn)有的積分型阻尼模型高，便于計算，有較高的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種修正的Biot復(fù)合材料頻變阻尼行為預(yù)測方法。

背景技術(shù)

在機械振動、機械結(jié)構(gòu)、航空、航天和航海等領(lǐng)域，輕量化設(shè)計是一項重要的技術(shù)指標(biāo)，在外在激勵下，振動容易產(chǎn)生，而振動會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可恢復(fù)的損害。因此，為了有效抑制振動，阻尼材料在各個領(lǐng)域內(nèi)被廣泛使用。在現(xiàn)有的阻尼材料之中，樹脂基復(fù)合材料同時具備足夠的剛度和強度，以及較高的阻尼系數(shù)，因此樹脂基復(fù)合材料在阻尼材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，這也導(dǎo)致了樹脂基復(fù)合材料引起廣大學(xué)者的興趣。復(fù)合材料的頻變阻尼特性，是準(zhǔn)確預(yù)測復(fù)合材料阻尼特性目前急需解決的技術(shù)難題。通過建立積分型阻尼模型，能夠預(yù)測復(fù)合材料隨頻率變化的動態(tài)阻尼特性，這對于復(fù)合材料的阻尼特性研究有著重要的作用。然而傳統(tǒng)的積分型阻尼模型不能有效預(yù)測樹脂基復(fù)合材料的阻尼特性，尤其在低頻段時誤差尤為明顯。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有積分型阻尼模型對樹脂基復(fù)合材料的阻尼特性預(yù)測的不足，提出一種修正的Biot復(fù)合材料頻變阻尼行為預(yù)測方法。本發(fā)明針對樹脂基復(fù)合材料的阻尼預(yù)測精度比現(xiàn)有的積分型阻尼模型高，便于計算，有較高的應(yīng)用價值。

本發(fā)明提出一種修正的Biot復(fù)合材料頻變阻尼行為預(yù)測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)建立Biot模型；

任一樹脂基復(fù)合材料復(fù)模量在Laplace域中表示為：

其中，G₀表示復(fù)模量的平衡值；n表示微振子的數(shù)量；a_i和b_i分別為第i個微振子的待定正參數(shù)；s表示Laplace算子且s＝j(luò)ω，j表示虛數(shù)單位且j²＝-1，ω表示激勵頻率，sG(s)表示材料的復(fù)模量；

2)對于步驟1)建立的模型，并聯(lián)一個阻尼微振子到該Biot模型，得到修正的Biot模型；

在修正的Biot模型中，該樹脂基復(fù)合材料復(fù)模量在Laplace域中表示如下：

其中，G₀G₁表示新增的阻尼微振子的損耗因子；

修正的Biot模型的實部表示如下：

修正的Biot模型的虛部表示如下：

3)對待預(yù)測的樹脂基復(fù)合材料進行動態(tài)力學(xué)分析DMA實驗，獲取該材料在不同頻率下的阻尼結(jié)果；

4)基于步驟3)的DMA實驗得到的結(jié)果，建立一個目標(biāo)優(yōu)化模型；該模型由目標(biāo)函數(shù)和約束條件構(gòu)成；具體步驟如下：

4-1)確定該目標(biāo)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)如下：