復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有限元模型修正技術(shù)研究.pdf

1、復(fù)合材料具有比強(qiáng)度大、比剛度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計主要依靠有限元技術(shù)實現(xiàn)，但實際中由于有限元模型與實際模型的差異性導(dǎo)致有限元方法計算結(jié)果與實際值不符。模型修正技術(shù)的基本思想是通過結(jié)構(gòu)試驗獲得的響應(yīng)數(shù)據(jù)對有限元模型進(jìn)行修正，對于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)來說，需根據(jù)復(fù)合材料特點(diǎn)解決軟件實現(xiàn)、試驗條件、目標(biāo)響應(yīng)選擇、復(fù)合材料修正參數(shù)選擇等問題。
　　本文首先聯(lián)合位移、應(yīng)變、內(nèi)力等靜響應(yīng)數(shù)據(jù)建立復(fù)合材料有限元模型修正

2、目標(biāo)函數(shù)，并根據(jù)復(fù)合材料特點(diǎn)，提出針對正交各向異性材料修正參數(shù)選擇方法及損傷識別參數(shù)確定方法。同時，將優(yōu)化方法作為模型修正基本算法。
　　本文建立了更具開放性、適用性的模型修正軟件平臺，提出兩種模型參數(shù)化方法，解決了軟件實現(xiàn)和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型參數(shù)化問題。通過C++程序編寫了有限元軟件與優(yōu)化軟件接口程序，實現(xiàn)有限元模型評價程序、模型參數(shù)讀寫程序、計算響應(yīng)讀取程序、有限元前后處理程序、優(yōu)化程序的無縫集成，并提出NASTRAN卡片參數(shù)化

3、和PCL建模參數(shù)化兩種模型參數(shù)化方法，基準(zhǔn)算例驗證了本軟件平臺可精確進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有限元模型修正。
　　本文驗證了聯(lián)合位移、應(yīng)變、內(nèi)力等響應(yīng)的靜力模型修正方法可以更便捷、精確地進(jìn)行參數(shù)識別，解決了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有限元模型修正試驗條件問題和目標(biāo)響應(yīng)選擇問題。航天器太陽翼復(fù)合材料組件算例比較了基于動力、靜力響應(yīng)信息的損傷參數(shù)識別效果，驗證了聯(lián)合應(yīng)變、位移等靜響應(yīng)數(shù)據(jù)可有效進(jìn)行損傷識別。飛機(jī)復(fù)合材料方向舵算例介紹了靜強(qiáng)度試驗方法，并基于

4、靜強(qiáng)度試驗結(jié)果對根部約束參數(shù)進(jìn)行識別，比較了基于位移的不同目標(biāo)函數(shù)和約束條件對修正效果的影響，最后通過聯(lián)合位移、內(nèi)力、應(yīng)變響應(yīng)信息進(jìn)一步修正了根部約束參數(shù)。
　　本文擴(kuò)展了有限元模型修正技術(shù)的應(yīng)用，將其應(yīng)用于基于響應(yīng)數(shù)據(jù)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計中。泡沫夾層梁算例將航空結(jié)構(gòu)常用的金屬梁結(jié)構(gòu)采用復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計替換，設(shè)計中以剛度要求作為修正目標(biāo)，并引入復(fù)合材料強(qiáng)度準(zhǔn)則和穩(wěn)定性要求作為約束條件，最終得到最優(yōu)的泡沫夾層結(jié)構(gòu)的幾何、材