一種識別復合材料參數(shù)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種識別復合材料參數(shù)的方法，其包括以下步驟：步驟1、根據(jù)有限元仿真模型中擬采用的復合材料模型，將復合材料模型中需要輸入的參數(shù)分為可通過標準試驗直接或間接測得的材料參數(shù)T和只能通過試錯方法確定的參數(shù)X兩組；步驟2、進行標準材料試驗測得T組內(nèi)的各個材料參數(shù)并記為T*；步驟3、結(jié)合有限元仿真和遺傳優(yōu)化算法，求得X組內(nèi)的材料參數(shù)，記為Xk；本發(fā)明將所有材料參數(shù)按是否可通過實驗直接或間接測得進行分組，同時結(jié)合了仿真、試驗和優(yōu)化等手段，能快速、準確的確定復合材料有限元碰撞模型中的所需參數(shù)。
【專利說明】一種識別復合材料參數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有限元建模仿真領(lǐng)域，具體而言，涉及復合材料碰撞有限元仿真模型中材料參數(shù)和特征參數(shù)的獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]復合材料由于具有高的比強度和比剛度，具有良好的耐疲勞性能和減振性能，并且其力學性能可以通過改變原材料以及原材料的鋪層形式達到用戶的使用要求，因此復合材料在航空航天、船舶、風力發(fā)電和汽車等領(lǐng)域都得到了極大的應用。復合材料的本構(gòu)模型比一般材料，如鋼、鋁等的本構(gòu)模型更復雜，復合材料的本構(gòu)模型中的參數(shù)僅有一部份可以通過標準材料試驗測試獲得，其余參數(shù)則是通過試錯的方法確定，帶有很大的隨意性，t匕如LS-DYNA中的MAT_54和MAT_55號材料，需要通過試錯的方法才能獲得的材料參數(shù)有TFAIL、ALPH、SOFT、FBRT、YCFAC等。因此如何獲取精確的復合材料參數(shù)，是建立精確的復合材料有限元仿真模型和進行后續(xù)優(yōu)化設(shè)計的前提和基礎(chǔ)。此外，由于碰撞本身是一個復雜的過程再加上復合材料力學行為的復雜性，使得預測復合材料在碰撞過程的變形和吸能特性極其困難。建立復合材料的碰撞模型，精確仿真復合材料的碰撞行為，對這個領(lǐng)域的研究人員來說仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，為建立精確的復合材料碰撞模型，即使對于了解復合材料非常深入的研究人員來說，也不是一件容易的事情，需要不停的調(diào)整復合材料模型中那些只能通過試錯的方法才能獲得的材料參數(shù)，不停的嘗試，最終才能使有限元模型仿真結(jié)果和試驗大致吻合。如果是對于一個剛開始了解復合材料的研究人員，由于建立精確的復合材料有限元碰撞模型需要調(diào)整的參數(shù)太多，各個參數(shù)之間又具有耦和性，極大增加了問題的復雜度，想要完成這一任務(wù)幾乎是不可能的。
[0004]因此，需要提供一種能夠快速、準確的確定模型中的材料參數(shù)的方法，從而節(jié)約建模時間，提高模型的精度和準確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服傳統(tǒng)復合材料有限元碰撞建模方法確定材料參數(shù)的難題，通過結(jié)合仿真、試驗和優(yōu)化方法，快速確定復合材料碰撞有限元模型中的材料參數(shù)，從而節(jié)約建模時間，提高模型的精度和準確性。
[0006]本發(fā)明提出了一種識別復合材料參數(shù)的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0007]步驟1、根據(jù)有限元仿真模型中擬采用的復合材料模型，將復合材料模型中需要輸入的參數(shù)分為可通過標準試驗直接或間接測得的材料參數(shù)T和只能通過試錯方法確定的參數(shù)X兩組；
[0008]步驟2、進行標準材料試驗測得T組內(nèi)的各個材料參數(shù)并記為T* ；
[0009]步驟3、結(jié)合有限元仿真和遺傳優(yōu)化算法，求得X組內(nèi)的材料參數(shù)，記為Xk ;具體又分為以下幾小步:[0010]( I)對X組內(nèi)的各個材料參數(shù)賦初始值，并記為x° ；
[0011](2)利用復合材料制作的試件進行動態(tài)碰撞試驗，獲得時該試件的減速度-時間曲線aMP (t)和碰撞力-位移曲線Fxp ( δ )，得到該試件最大減速度的值和最大碰撞力的值；
[0012](3)按照與試驗相同的初始條件和邊界條件建立復合材料碰撞有限元模型，對該模型進行碰撞仿真模擬，獲得仿真的減速度時間曲線和位移曲線，進而確定試件的試驗與仿真誤差；
[0013]( 4)根據(jù)第(3 )步所得的試驗和仿真響應誤差，形成目標函數(shù)為響應誤差最小，建立的優(yōu)化問題模型為:
【權(quán)利要求】
1.一種識別復合材料參數(shù)的方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1、根據(jù)有限元仿真模型中擬采用的復合材料模型，將復合材料模型中需要輸入的參數(shù)分為能夠通過標準試驗直接或間接測得的材料參數(shù)T和只能夠通過試錯方法確定的參數(shù)X兩組； 步驟2、進行標準材料試驗測得T組內(nèi)的各個材料參數(shù)并記為T* ； 步驟3、結(jié)合有限元仿真和遺傳優(yōu)化算法，求得X組內(nèi)的材料參數(shù)，記為Xk ;具體又分為以下步驟: (1)對X組內(nèi)的各個材料參數(shù)賦初始值，并記為X°； (2)利用復合材料制作的試件進行動態(tài)碰撞試驗，獲得時該試件的減速度-時間曲線aexp (t)和碰撞力-位移曲線Fxp ( δ )，得到該試件最大減速度的值和最大碰撞力的值； (3)按照與試驗相同的初始條件和邊界條件建立復合材料碰撞有限元模型，對該模型進行碰撞仿真模擬，獲得仿真的減速度時間曲線和位移曲線，進而確定試件的試驗與仿真誤差; (4)根據(jù)第(3)步所得的試驗和仿真響應誤差，形成目標函數(shù)為響應誤差最小，建立的優(yōu)化問題模型為:
【文檔編號】G06F17/50GK103870661SQ201410128251
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】孫光永, 李光耀, 崔俊佳, 唐春紅, 劉強, 徐峰祥 申請人:湖南大學