[发明专利]一种空间柔性复合材料的参数识别方法

说明书

本发明公开了一种柔性复合材料的参数识别方法，包括以下步骤：S1：建立柔性复合材料细观有限元模型，并确定主要待识别的结构参数；S2：确定所述柔性复合材料细观本构模型，推导宏观结构响应对结构参数的灵敏度公式；S3：结合最小二乘法和相对灵敏度计算方法逐步迭代识别柔性复合材料的细观结构参数。本发明基于离散有限元推导灵敏度公式，结合相对灵敏度方法和最小二乘法，识别柔性复合材料的结构参数，具有十分重要的工程意义。

技术领域

本发明涉及复合材料性能参数计算的技术领域，特别是涉及一种柔性复合材料的结构参数识别方法。

背景技术

柔性复合材料是一种在空间机构中常用结构，是根据航天器舱壁防护空间碎片撞击，针对可折叠充气舱体设计的一种新型夹层复合材料。柔性复合材料除了具有复合材料轻质、高强等特点，还具备可折叠性，大程度减少发射体积的同时高效防护空间碎片。

复合材料参数的结构参数的确定对参数的精确化建模、结构响应预示以及结构优化设计具有重要意义。柔性复合材料中纤维的可折叠性提高了制备工艺的复杂性，从而导致纤维和基体材料在成型前后发生性能的改变。目前关于复合材料的参数识别，主要集中于宏观结构的参数识别，较少涉及细观结构参数的识别。对于细观结构的参数识别能够为柔性复合材料的精确化建模提供更多帮助。基于最小二乘法的反问题分析中，灵敏度的计算是核心问题。普遍的摄动法计算灵敏度矩阵需要巨大的计算量。国内外学者提出了许多基于材料本构关系的灵敏度分析方法，但大多公式复杂，且容易因目标变量的多样性出现局部收敛等问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种空间柔性复合材料结构参数识别的方法，基于相对灵敏度分析结合最小二乘法得到识别的柔性复合材料结构参数。

技术方案：本发明公开一种空间柔性复合材料的参数识别方法，该方法包括以下步骤：

S1：建立柔性复合材料细观有限元模型，并确定所需要识别的结构参数；

S2：确定所述柔性复合材料细观本构模型，推导宏观结构响应对结构参数的灵敏度公式；

S3：根据所计算的灵敏度，基于最小二乘法逐步迭代识别柔性复合材料的细观结构参数。

进一步的，所述步骤S1中，建立柔性复合材料有限元模型，确定待识别的结构参数，包括以下步骤：

S1.1：根据先验信息确定参数识别的加载工况，建立柔性复合材料细观有限元模型，包括纤维和基体的有限元网格划分以及各自的局部坐标系。所述先验信息指的是材料制备厂家提供的初始信息，加载工况指的是模型加载的力、位移、温度以及边界条件等。

S1.2：根据复合材料结构特点，柔性复合材料的纤维为正交各向异性，基体为各向同性，以柔性复合材料纤维和基体的结构参数为参数识别的设计变量，并根据先验信息设置设计变量的参数取值范围；

以柔性复合材料纤维和基体的结构参数为参数识别的设计变量，给定待识别参数的初值，根据先验信息，在得到的参数范围中给定，纤维的材料初值为：E₁₁＝800GPa，E₂₂＝E₃₃＝5GPa，G₁₂＝G₁₃＝9GPa，G₂₃＝10GPa，μ₁₂＝0.1，μ₂₃＝0.1；基体的材料的初值为：E＝8GPa，μ＝0.1，此处参数设置只是示例，可以根据实际需要设置这些参数的初值。

进一步的，所述步骤S2中，确定所述柔性复合材料细观本构模型，推导宏观结构响应对结构参数的灵敏度公式，包括以下步骤：

S2.1：确定坐标转换关系；根据复合材料的整体坐标系和局部坐标系空间关系，确定局部坐标系到整体坐标系的旋转矩阵T为：