[發明專利]一種復合材料疲勞壽命預測方法及系統

在審

• 申請號: 202111072655.6
• 申請日: 2021-09-14
• 公開（公告）號: CN115114763A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 陶翀驄;岑凌瑤;裘進浩;季宏麗;張超
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/26;G06F119/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙興華

本發明涉及一種復合材料疲勞壽命預測方法及系統，屬于復合材料疲勞壽命預測領域，方法包括：對復合材料結構進行疲勞拉伸試驗，并利用激光超聲檢測技術采集特定加載循環次數下的Lamb波傳播信號；根據Lamb波傳播信號，提取Lamb波的對稱模態的相速度；利用已有的剛度退化模型，根據相速度計算對應的損傷因子；根據損傷因子建立隨機模型；利用貝葉斯理論和MH采樣算法，對隨機模型進行采樣，得到模型參數的采樣樣本；根據采樣樣本，確定動態失效閾值的失效系數；根據失效系數計算復合材料結構的失效閾值，并預測相應的疲勞壽命預測結果。該方法可有效提升疲勞壽命預測的準確性和穩定性。

技術領域

本發明涉及復合材料疲勞壽命預測領域，特別是涉及一種復合材料疲勞壽命預測方法及系統。

背景技術

近年來，復合材料以其高比強度，比剛度等優秀的力學特性在航空航天等領域得到廣泛的關注與使用，發展前景十分廣闊。疲勞損傷是復合材料在服役過程中一種常見的損傷，主要包括基體裂紋、分層、纖維斷裂三種損傷形式，這些損傷彼此相互作用，不斷累積與擴展，最終會導致結構失效。因此復合材料的疲勞壽命預測顯得至關重要。

現有的復合材料疲勞相關的研究主要可以分為以下三類：基于S-N曲線的疲勞壽命模型，漸進損傷擴展機制，以及基于剩余強度和剛度的現象學模型。這些模型主要對復合材料的疲勞損傷機理以及相應的力學性能的變化進行了詳細具體的研究，并進一步開發了許多疲勞壽命預測模型。然而，由于復合材料的結構發生疲勞失效時的臨界狀態難以獲取，給失效閾值的判定帶來了困難，從而導致疲勞壽命預測值的準確性不高。

因此，如何提升復合材料疲勞壽命預測的準確性，對復合材料的使用、研究和發展都具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種復合材料疲勞壽命預測方法及系統，以提高預測復合材料的疲勞壽命的準確性，解決現有的預測方法的疲勞壽命預測不準確的問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一方面，本發明提供了一種復合材料疲勞壽命預測方法，包括：

對復合材料結構進行疲勞拉伸試驗，并利用激光超聲檢測技術采集特定加載循環次數下的Lamb波傳播信號；

根據所述Lamb波傳播信號，提取Lamb波的對稱模態的相速度；

利用已有的剛度退化模型，根據所述相速度計算對應的損傷因子；

根據所述損傷因子建立隨機模型；

利用貝葉斯理論和MH采樣算法，對所述隨機模型進行采樣，得到模型參數的采樣樣本；

根據所述采樣樣本，確定動態失效閾值的失效系數；

根據所述失效系數計算所述復合材料結構的失效閾值，得到疲勞壽命預測結果。

可選的，所述對復合材料結構進行疲勞拉伸試驗，并利用激光超聲檢測技術采集特定加載循環次數下的Lamb波傳播信號，具體包括：

對所述復合材料結構進行疲勞拉伸試驗，當所述復合材料結構疲勞加載到特定循環次數時，停止加載，并卸載應力；

利用激光超聲檢測技術，通過激光控制平臺中的激光器發射激光并對所述復合材料結構進行掃描，激勵出超聲波信號；

利用聲發射傳感器采集所述超聲波信號，并經信號放大器處理后傳送至所述激光控制平臺，獲取Lamb波在掃描區域上傳播的時域信號，得到所述Lamb波傳播信號。

可選的，所述根據所述Lamb波傳播信號，提取Lamb波的對稱模態的相速度，具體包括：

根據所述Lamb波的頻散特性，對采集到的所述Lamb波傳播信號進行小波變換，提取低頻下所述Lamb波的對稱模態的相速度。