[发明专利]一种辨识硬涂层材料力学特性参数的方法及系统

摘要

本发明提供一种辨识硬涂层材料力学特性参数的方法及系统，方法包括：建立硬涂层复合薄壳结构的有限元模型；确定辨识硬涂层材料参数所需的实验数据；确定储能模量的初值；确定不同激励幅度下硬涂层材料的储能模量的精确值；确定损耗因子的初值；确定不同激励幅度下硬涂层材料的损耗因子的精确值；计算不同激励幅度下的最大等效应变值；绘制硬涂层材料力学参数的应变依赖性表征曲线。系统包括：PCB力锤、振动台激振系统、LMS测试系统、工作站、激光传感器。本发明采用将实验测得的固有频率及共振响应同理论计算值相匹配的反推法，有效辨识硬涂层材料的储能模量及损耗因子，分别给出了确定硬涂层储能模量及损耗因子初值的方法，大幅度提高计算效率。

主权项

1.一种辨识硬涂层材料力学特性参数的方法，其特征在于，包括：步骤1、建立硬涂层复合薄壳结构的有限元模型；步骤2、对硬涂层复合薄壳结构进行锤击测试、定频测试、扫频测试，确定辨识硬涂层材料参数所需的实验数据，包括各阶次模态阻尼比、固有频率、振动响应；步骤3、根据实验数据中的各阶次固有频率确定储能模量的初值；步骤4、根据实验数据中的某一阶次固有频率确定不同激励幅度下硬涂层材料的储能模量的精确值；步骤5、根据实验数据中的各阶次模态阻尼比确定损耗因子的初值；步骤6、根据实验数据中的某一阶次振动响应确定不同激励幅度下硬涂层材料的损耗因子的精确值；步骤7、根据不同激励幅度下硬涂层材料的储能模量的精确值和损耗因子的精确值，计算不同激励幅度下的最大等效应变；步骤8、以不同激励幅度下最大等效应变为横坐标，分别以硬涂层材料的储能模量和损耗因子为纵坐标，绘制硬涂层材料力学参数的应变依赖性表征曲线；所述步骤3，包括：步骤3‑1、在硬涂层材料力学特性参数范围内选取硬涂层材料的储能模量参考值E，代入硬涂层复合薄壳结构的有限元模型中，通过有限元分析计算得到硬涂层复合薄壳结构的前n阶次固有频率λ；步骤3‑2、判断计算得到的硬涂层复合薄壳结构的前n阶次固有频率λFEM与扫频测试得到的相应阶次固有频率λEXP的偏差是否满足收敛条件，是，则当前的硬涂层材料的储能模量参考值为储能模量初值E0，并执行步骤4；否则，执行步骤3‑3；步骤3‑3、计算灵敏度矩阵S和残差Δλ，根据当前硬涂层材料的储能模量参考值Ej‑1以及公式Ej＝Ej‑1‑STΔλ迭代产生新的储能模量参考值Ej，返回步骤3‑2；所述步骤4，包括：步骤4‑1、将储能模量初值E0代入硬涂层薄壳结构的有限元模型中，通过有限元分析计算得到硬涂层复合薄壳结构的前n阶次中某阶次的固有频率；步骤4‑2、分别判断计算得到的每个阶次的固有频率λFEM与不同激励幅度下的相应阶次扫频测试得到的固有频率λEXP的偏差是否满足收敛条件，是，则当前储能模量为某激励幅度下的储能模量的精确值Eε；否则，计算灵敏度S和残差Δλ，根据当前硬涂层的储能模量Ei‑1以及公式Ei＝Ei‑1‑STΔλ，迭代产生新的储能模量Ei继续判断；所述步骤5具体是根据涂层前后的薄壳结构各阶次的模态阻尼比确定薄壳结构各阶次损耗因子，再将各阶次损耗因子取平均值作为损耗因子初值η；所述步骤6，包括：步骤6‑1、将损耗因子初值η和某激励幅度下对应的储能模量Eε，代入硬涂层复合薄壳结构的有限元模型中，通过有限元分析计算得到硬涂层复合薄壳结构的前n阶次中某阶次的振动响应bFEM；步骤6‑2、分别判断计算得到的某阶次的振动响应bFEM与定频测试确定的不同激励幅度下的相应阶次振动响应bEXP的偏差是否满足收敛条件，是，则当前的损耗因子为某激励幅度下的损耗因子的精确值ηε；否则，计算灵敏度矩阵S和残差Δb，根据当前硬涂层材料的损耗因子ηi‑1以及公式ηi＝ηi‑1‑STΔb迭代产生新的损耗因子ηi继续判断。