[發明專利]航天復合材料層合板可靠性分析系統及方法

在審

• 申請號: 202011144951.8
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112257180A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 田龍飛;高爽;劉國華;劉洋;劉經斌;張文心;周世龍;李宗德;元曉川
• 申請（專利權）人: 中國科學院微小衛星創新研究院;上海微小衛星工程中心
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06F119/02;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的

1.一種航天復合材料層合板可靠性分析系統，其特征在于，所述航天復合材料層合板可靠性分析系統包括參數設定模塊、確定性性能分析模塊、參數隨機化模塊、分析設定模塊及可靠性分析模塊，其中：

所述參數設定模塊被配置為定義單層板的力學性能參數，并將所述單層板的力學性能參數發送至所述參數隨機化模塊；

所述確定性性能分析模塊被配置為計算層合板面內工程彈性常數的毯式曲線，并將所述層合板面內工程彈性常數的毯式曲線發送至所述可靠性分析模塊；

所述參數隨機化模塊被配置為將所述單層板的力學性能參數進行隨機化設置，生成基本輸入隨機變量，并將所述基本輸入隨機變量發送至所述可靠性分析模塊；以及

所述分析設定模塊被配置為設定并選擇可靠性分析方法和抽樣策略；

所述可靠性分析模塊被配置為根據所述層合板面內工程彈性常數的毯式曲線、選擇的可靠性分析方法和抽樣策略，分析層合板面內工程彈性常數的不確定性的具體來源，并采用基于方差的方法計算各個所述基本輸入隨機變量對輸出響應量方差的重要性測度指標，并且所述可靠性分析模塊還被配置為根據所述重要性測度指標結果確定對所考慮的層合板面內工程彈性常數的變異性影響最大的入變量，以確定減小其變異性的最佳方法。

2.如權利要求1所述的航天復合材料層合板可靠性分析系統，其特征在于，所述層合板面內工程彈性常數包括面內拉伸模量、面內壓縮模量、面內剪切模量及面內主方向泊松比。

3.如權利要求1所述的航天復合材料層合板可靠性分析系統，其特征在于，所述層合板為一般π/4層合板，

所述層合板鋪層具有4個鋪設角(0°,90°,+45°,-45°)，且每一個鋪設角所占鋪層比例應不少于10％，以利剛度協調；

所述層合板鋪層順序采用對稱均衡鋪層，以消除耦合效應，其中所述均衡鋪層包括+θ°鋪層的體積含量與-θ°鋪層的體積含量相同。

4.如權利要求1所述的航天復合材料層合板可靠性分析系統，其特征在于，所述可靠性分析方法包括蒙特卡羅法、重要抽樣法、子集模擬法及線抽樣法；

所述抽樣策略包括普通蒙特卡洛抽樣、Sobol抽樣和Halton抽樣。

5.如權利要求4所述的航天復合材料層合板可靠性分析系統，其特征在于，所述蒙特卡羅法包括：

設結構的功能函數為

Z＝g(x)＝g(x₁,x₂,…,x_n) (1)

則蒙特卡羅法求解失效概率P_f包括：由基本隨機變量的聯合概率密度函數f_X(x)產生N個基本變量的隨機樣本x_j(j＝1,2,…,N)，將N個隨機樣本代入功能函數g(x)，統計落入失效域F＝{x:g(x)≤0}的樣本點數N_f，由失效發生的頻率N_f/N近似代替失效概率P_f，近似得出失效概率估計值

根據聯合概率密度函數f_X(x)抽取N個樣本x_j(j＝1,2,…,N)，落入失效域F內樣本點的個數N_f與總樣本點的個數N之比為失效概率的估計值

6.如權利要求4所述的航天復合材料層合板可靠性分析系統，其特征在于，所述重要抽樣法包括：

通過引入重要抽樣密度函數h_X(x)，將失效概率積分變換為如下表達式：

其中Rⁿ為n維變量空間，f_X(x)為基本隨機變量的聯合概率密度函數，h_X(x)為重要抽樣密度函數；

由重要抽樣密度函數h_X(x)抽取N個樣本點x_i(i＝1,2,…,N)，(3)式數學期望形式表達的失效概率由式(4)的樣本均值估計：