[发明专利]基于应变全场测量的复合材料弹性性能变异性辨识方法

摘要

一种基于应变全场测量的复合材料弹性性能变异性辨识方法，本方法结合有限元进行反问题分析，在实验中获取全场应变信息；将应变场划分为有限个子区，获取平均应变信息；再获取每个子区初始材料性能；建立试样测试试验的模拟模型；将上一次计算得到的材料性能代入模拟模型，迭代计算新的子区材料弹性性能；直至迭代满足收敛准则；将各个子区的材料性能作为样本，计算表征材料性能离散性的统计参数均值和标准差，进而通过一次试验获取多个材料性能，从而实现复合材料变异性的辨识。该方法能够降低试验成本，对试验和模拟手段的要求也较低。

主权项

1.一种基于应变全场测量的复合材料弹性性能变异性辨识方法，其特征在于，方法如下：步骤1：获取试样弹性性能测试过程中试样的全场应变：采用数字图像相关方法获取试样的全场应变，在试验前，在试样表面制备散斑，在试验中利用CCD相机采集试样表面平面图像；试验后采用数字图像相关技术定义平面直角坐标，并进行数据处理得到试样表面特征点的位移其中i＝1,2,…,N，特征点坐标与位移存在函数关系，如式(1)所示；函数f(x,y)与函数g(x,y)的具体形式由特征点数据与插值方法给出，如式(2)所示；其中，F_i与G_i分别为对应于特征点i的插值基函数，小应变条件下，弹性应变与位移的关系为式(3)；利用上述公式，获取应变场信息利用数字图像相关技术获取复合材料单向拉伸条件下的标距区应变场云图；步骤2：将应变场划分为有限个子区，获取每个子区的平均应变信息；提取试样标距区的应变场信息，将应变场划分为8×8网格型的正方形子区域R_i，边长为b，面积为A_i，i＝1,2,…,M，M为子区个数；在每个子区域内，用面积平均的方法计算子区的平均应变其中上标0代表初始试验结果；步骤3：利用试验中的平均载荷L，获取每个子区初始材料性能P_i⁰；设单轴加载方向为x方向，所述的初始材料性能的获取，首先设各子区受力L_i大小一致，即L_i＝L通过实验载荷数据和试样截面厚度t，由式(5)计算得到平均应力：由平均应力与应变之比获得材料加载方向上的弹性模量，即：由于复合材料微细观结构变异性，各子区内的应变平均值不完全一致，计算得到的各子区初始材料性能也不完全一致，即一般有与此同时，由于各子区的弹性性能差异，各个子区实际所受的载荷大小不一致，需要进行迭代修正；步骤4：依据试验过程，建立试样测试试验的模拟模型；试验模拟模型采用通用有限元分析软件建立，所建立的模型应依照试验过程，采用相同的加载方式和载荷，测试实验模拟模型中，仅建立试样的标距区模型，并划分相同的子区，以便与实验数据的子区划分相对应；采用通用有限元软件ABAQUS建立了复合材料单向拉伸试验标距区的模拟模型；步骤5：将上一次计算得到的材料性能代入模拟模型，迭代计算新的子区材料弹性性能；所述的迭代过程，是利用前次计算得到的子区弹性性能，代入模拟模型中的相应区域，进而计算得出当前子区平均应变进而用当前子区平均应变与当前子区的材料弹性性能P_i^k，计算得到当前子区所受的实际载荷大小其中k为当前迭代次数，利用该实际载荷利用(5)得到平均应力除以试验得到的各子区平均应变利用式(6)得到本次计算的材料弹性性能P_i^k+1，并用于下一次的迭代计算；步骤6：重复步骤5，直至迭代满足收敛准则；取ζ＝0.1％；步骤7：将各个子区的材料性能作为样本，计算表征材料性能离散性的统计参数；得到各子区的材料性能，利用统计分析方法，计算各子区材料性能的平均值以及统计方差S_P，作为材料弹性性能离散性的表征参数；累积概率密度函数c(P)的计算方法为：