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(jì)主要依靠有限元技術(shù)實(shí)現(xiàn)，但實(shí)際中由于有限元模型與實(shí)際模型的差異性導(dǎo)致有限元方法計(jì)算結(jié)果與實(shí)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(yàn)獲得的響應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)有限元模型進(jìn)行修正，對(duì)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(shí)現(xiàn)、試驗(yàn)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(duì)正交各向異性材料修正參數(shù)選擇方法及損傷識(shí)別參數(shù)確定方法。同時(shí)，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(tái)，提出兩種模型參數(shù)化方法，解決了軟件實(shí)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(shí)現(xiàn)有限元模型評(píng)價(jià)程序、模型參數(shù)讀寫程序、計(jì)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(yàn)證了本軟件平臺(tái)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(yàn)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(shí)別，解決了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有限元模型修正試驗(yàn)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(dòng)力、靜力響應(yīng)信息的損傷參數(shù)識(shí)別效果，驗(yàn)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(shí)別。飛機(jī)復(fù)合材料方向舵算例介紹了靜強(qiáng)度試驗(yàn)方法，并基于

4、靜強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)根部約束參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，比較了基于位移的不同目標(biāo)函數(shù)和約束條件對(duì)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(jì)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(jì)替換，設(shè)計(jì)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