[发明专利]基于中间函数的热结构模型修正方法

说明书

本发明公开了一种基于中间函数的热结构模型修正方法，包括以下步骤：建立热结构有限元模型；将实际工况下的温度场作为载荷条件，得到温度载荷；设定线性中间函数，从而将热结构有限元模型中对参数的修正转换成为对所述中间函数中间变量的修正；通过将中间变量摄动0.01倍后计算热模态频率，采计算摄动后的中间变量对热模态频率的相对灵敏度，选取与多个相对灵敏度较大相对应的中间变量；通过不断地更换步骤中所选取的中间变量，将计算得到的热模态频率与试验测得的试验热模态频率误差不断减小直至最小。该热结构动力学模型修正方法通过中间函数，减少待修正参数数量，提高修正程序效率。

技术领域

本发明属于热结构动力学模型修正方法技术领域，具体是涉及一种基 于中间函数的热结构模型修正方法。

背景技术

复合材料结构具有高比强度、高比刚度、耐疲劳等优异性能，广泛应 用于高速及超高速飞行器。但由于其材料组分多样，制作工艺复杂，复合 材料结构细观材料参数各异。在结构分析及设计的过程中，如果采用复合 材料结构的细观分析模型，将大幅增加建模难度，修正参数过多会导致参 数修正准确性较低的问题以及产品设计阶段的时间成本。因此建立复合材 料结构的有限元分析模型并对其进行模型修正，对提高复合材料结构分析 的准确性具有十分重要的意义。

比如：高速飞行器在大气层中或持续在空间飞行时，将承受巨大的气 动热影响。飞行器采用可靠的热结构就可以避免飞行器因气动热引起的结 构烧烛或失效而无法胜任飞行任务。高温及温度梯度对结构的动态特性会 产生比较大的影响，从而直接影响结构的固有频率以及振型，因此对高温 环境下结构动力学特性的研究至关重要。为了获得高温环境下结构准确的 动力学模型，准确识别结构在热环境下的动力学参数，是工程问题中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于中间函 数的热结构模型修正方法。该热结构动力学模型修正方法通过中间函数， 减少待修正参数数量，提高修正程序稳定性，其为工程应用提供了一种准 确的基于数值模拟、优化相结合的复合材料等效有限元模型参数修正方 法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于中间函数的热结构 模型修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在有限元软件中，根据热结构几何尺寸参数和随温度变化的 材料参数建立热结构有限元模型；

步骤二、将实际工况下的温度场作为载荷条件，进行有限元热传导分 析，并将所述热传导分析得到的温度场作为温度载荷；

步骤三、将有限元模型中横向各向异性材料刚度矩阵中12个参数与 温度之间的关系设为线性中间函数，中间函数的系数称为中间变量,从而 将热结构有限元模型中对参数的修正转换成为对所述中间变量的修正；

步骤四、通过将中间变量摄动0.01倍后计算热模态频率，采用差分 法计算摄动后的中间变量对热模态频率的相对灵敏度，然后选取与多个相 对灵敏度较大相对应的中间变量；

步骤五、将修正问题转换为优化参数问题，通过不断地更换步骤四中 所选取的中间变量，将有限元分析软件计算得到的热模态频率与试验测得 的试验热模态频率误差不断减小直至最小，从而完成对热结构有限元模型 的修正。

上述的基于中间函数的热结构模型修正方法，其特征在于，所述步骤 三中，将热结构有限元模型中对参数的修正转换成为对所述中间变量的修 正的具体方法如下：

将材料刚度矩阵D中的系数在温度区间内近似线性分布时对参数进行 最小二乘线性拟合，拟合方程为y＝kx+b，其中，y为热模态频率，x为温 度载荷，各个参数拟合方程中的斜率系数k和截距系数b均为中间变量p； 其中，12个刚度矩阵参数表示为：

其中，