[發(fā)明專利]一種復(fù)合材料疲勞壽命預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111072655.6
• 申請(qǐng)日: 2021-09-14
• 公開（公告）號(hào): CN115114763A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶翀驄;岑凌瑤;裘進(jìn)浩;季宏麗;張超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F113/26;G06F119/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 趙興華

1.一種復(fù)合材料疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括：

對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞拉伸試驗(yàn)，并利用激光超聲檢測(cè)技術(shù)采集特定加載循環(huán)次數(shù)下的Lamb波傳播信號(hào)；

根據(jù)所述Lamb波傳播信號(hào)，提取Lamb波的對(duì)稱模態(tài)的相速度；

利用已有的剛度退化模型，根據(jù)所述相速度計(jì)算對(duì)應(yīng)的損傷因子；

根據(jù)所述損傷因子建立隨機(jī)模型；

利用貝葉斯理論和MH采樣算法，對(duì)所述隨機(jī)模型進(jìn)行采樣，得到模型參數(shù)的采樣樣本；

根據(jù)所述采樣樣本，確定動(dòng)態(tài)失效閾值的失效系數(shù)；

根據(jù)所述失效系數(shù)計(jì)算所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的失效閾值，得到疲勞壽命預(yù)測(cè)結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞拉伸試驗(yàn)，并利用激光超聲檢測(cè)技術(shù)采集特定加載循環(huán)次數(shù)下的Lamb波傳播信號(hào)，具體包括：

對(duì)所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞拉伸試驗(yàn)，當(dāng)所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)疲勞加載到特定循環(huán)次數(shù)時(shí)，停止加載，并卸載應(yīng)力；

利用激光超聲檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)激光控制平臺(tái)中的激光器發(fā)射激光并對(duì)所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，激勵(lì)出超聲波信號(hào)；

利用聲發(fā)射傳感器采集所述超聲波信號(hào)，并經(jīng)信號(hào)放大器處理后傳送至所述激光控制平臺(tái)，獲取Lamb波在掃描區(qū)域上傳播的時(shí)域信號(hào)，得到所述Lamb波傳播信號(hào)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述根據(jù)所述Lamb波傳播信號(hào)，提取Lamb波的對(duì)稱模態(tài)的相速度，具體包括：

根據(jù)所述Lamb波的頻散特性，對(duì)采集到的所述Lamb波傳播信號(hào)進(jìn)行小波變換，提取低頻下所述Lamb波的對(duì)稱模態(tài)的相速度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述利用已有的剛度退化模型，根據(jù)所述相速度計(jì)算對(duì)應(yīng)的損傷因子，具體包括：

根據(jù)所述Lamb波的對(duì)稱模態(tài)的相速度，以及已有的所述剛度退化模型的計(jì)算公式，確定試件結(jié)構(gòu)的初始剛度、疲勞加載一個(gè)循環(huán)后的軸向剛度以及疲勞加載過(guò)程中與某一循環(huán)次數(shù)對(duì)應(yīng)的軸向剛度；

根據(jù)所述初始剛度和所述軸向剛度之間的關(guān)系，計(jì)算得到所述試件結(jié)構(gòu)的纖維斷裂對(duì)應(yīng)的損傷因子和基體裂紋對(duì)應(yīng)的損傷因子。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述根據(jù)所述損傷因子建立隨機(jī)模型，具體包括：

在已有的所述剛度退化模型的基礎(chǔ)上，引入隨機(jī)變量，建立所述隨機(jī)模型；其中，所述隨機(jī)變量表征來(lái)自所述隨機(jī)模型和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的隨機(jī)因素。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合材料疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述利用貝葉斯理論和MH采樣算法，對(duì)所述隨機(jī)模型進(jìn)行采樣，得到模型參數(shù)的采樣樣本，具體包括：

根據(jù)所述隨機(jī)變量的概率分布，推導(dǎo)出所述隨機(jī)模型的模型參數(shù)的似然函數(shù)；

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定所述隨機(jī)模型的模型參數(shù)的先驗(yàn)函數(shù)；所述先驗(yàn)函數(shù)為正態(tài)分布函數(shù)或者均勻分布函數(shù)；

利用貝葉斯理論，根據(jù)所述似然函數(shù)和所述先驗(yàn)函數(shù)推導(dǎo)出所述隨機(jī)模型的模型參數(shù)的后驗(yàn)概率密度函數(shù)；

根據(jù)所述后驗(yàn)概率密度函數(shù)，利用MH采樣算法對(duì)所述隨機(jī)模型的模型參數(shù)進(jìn)行采樣，得到所述模型參數(shù)的采樣樣本。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述根據(jù)所述采樣樣本，確定動(dòng)態(tài)失效閾值的失效系數(shù)，具體包括：

從所述采樣樣本中選擇部分測(cè)試樣本并在不同的所述失效系數(shù)下進(jìn)行模型預(yù)測(cè)，得到多組模型預(yù)測(cè)值；

選擇每組所述模型預(yù)測(cè)值中與實(shí)驗(yàn)誤差最小的所述模型預(yù)測(cè)值對(duì)應(yīng)的所述失效系數(shù)，得到多個(gè)所述失效系數(shù)；

對(duì)多個(gè)所述失效系數(shù)計(jì)算平均值，將所述平均值作為所述動(dòng)態(tài)失效閾值的所述失效系數(shù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述失效系數(shù)等于所述基體裂紋對(duì)應(yīng)的損傷因子除以基體裂紋達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的損傷因子。