[發明專利]一種復合材料結構參數的確定方法

有效

• 申請號: 202010835679.1
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112036080B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 康超;周宏根;劉贊;劉金鋒;李炳強;魏凱;鄭海南;肖志建;趙晨華
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G06F30/27;G06N3/006;G06N3/126;G06F111/06;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 向文

1.一種復合材料結構參數的確定方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1：設置復合材料初始參數，建立復合材料結構受載荷作用下的應力模型；

S2：基于應力模型，計算復合材料結構中鋪層角度及纖維體積含量在工藝范圍內的局部敏感性；

S3：根據三維穩定性判斷標準，確定鋪層角度及纖維體積含量的參數穩定域；

S4：基于遺傳與粒子群混合算法對參數穩定域內的復合材料結構強度進行分析，獲得最優強度下的鋪層角度及纖維體積含量組合。

2.根據權利要求1所述的一種復合材料結構參數的確定方法，其特征在于：所述步驟S1中復合材料結構受載荷作用下的應力模型的建立過程為：

復合材料結構是以螺旋纏繞的正交層結構，涉及的圓柱坐標系下的位移-應變公式為：

其中，γ₀是單位長度的面扭轉，ε₀是常數，u表示位移，ε及γ則為應變；k表示第k層；下標r，θ，z為圓柱坐標系下的三個方向；

對應的應力-應變公式為，

其中，為第k層剛度矩陣，σ為應力；

受力平衡方程為：

其中，σ_r，σ_θ，σ_θr，σ_zr分別表示各自下標方向對應的應力；

上述方程為復合材料結構在偏軸坐標系下的關系，根據偏軸與正軸坐標系間的關系進行求解，具體關系如下，

其中，

其中，[T_σ]^(k)為應力轉換矩陣，[T_ε]^(k)為應變轉換矩陣，其中為鋪層角度；

求得材料坐標下的應力-應變關系為：

其中，x，y，z分別表示復合材料結構在材料系統下的材料坐標系三個方向；E表示復合材料彈性模量，v表示復合材料泊松比，G表示復合材料剪切模量；

此關系即為復合材料結構受載荷作用下的應力模型，其中復合材料基本特性參數可采用如下公式獲得；

E_x＝E_fV_f+E_m(1-V_f)

ν_yx＝V_fν_f+(1-V_f)ν_m

其中，V_f表示復合材料纖維體積含量，E_f表示纖維的彈性模量，E_m表示樹脂的彈性模量，v_f表示纖維泊松比，v_m表示樹脂泊松比，G_m表示樹脂剪切模量。

3.根據權利要求1所述的一種復合材料結構參數的確定方法，其特征在于：所述步驟S2中采用局部敏感度方法分別對鋪層角度及纖維體積含量的局部敏感度進行計算，計算公式為：

其中，x_i為輸入參數，Δ是x_i對應的微小增量，n表示輸入參數的總數，LSA表示局部敏感度。