基于有限元分析的正交各向异性复合材料结构材料参数识别

论文摘要

复合材料是当今社会各领域中被广泛使用的一种先进材料,准确地测定复合材料的材料参数是工程设计与评价的基础。目前国内外对正交各向异性复合材料的参数识别进行了大量的研究,针对目前测量方法存在的问题,本文提出了一种融合有限元法和最优化方法的正交各向异性复合材料结构的材料参数识别方法。该方法是以有限元计算为基础的正交各向异性复合材料的反分析方法。通过建立以测量位移与有限元计算的相应位移之差的平方和作为目标函数,把反分析问题转化为极小化目标函数的问题。采用Levenberg-Marquardt方法解极小化目标函数的问题,其中灵敏度的计算是基于离散的有限元代数矩阵方程对识别材料参数的求导。本论文提出的方法充分利用了有限元建模的通用性,为正交各向异性复合材料结构的材料参数识别开辟了一条新途径。数值算例表明本文提出的方法是行之有效的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究问题的提出及本课题的研究现状
• 1.1.1 研究问题的提出
• 1.1.2 正交各向异性复合材料结构的材料参数识别方法的发展历程
• 1.2 基于有限元分析的正交各向异性复合材料参数识别的研究思路
• 1.3 本论文的主要工作和论文的结构
• 1.3.1 本论文的主要工作
• 1.3.2 论文的结构
• 第二章 基于有限元软件ABAQUS的复合材料结构正问题分析
• 2.1 有限元软件ABAQUS简介
• 2.2 复合材料有限元建模分析
• 2.2.1 解析解
• 2.2.2 数值计算与结果对比
• 第三章 基于有限元法的正交各向异性复合材料结构的材料参数识别方法
• 3.1 材料参数识别的数学模型形式
• 3.2 Levenberg-Marquardt 最优化方法
• 3.3 灵敏度分析
• 第四章 正交各向异性复合材料结构材料参数识别算法的软件研究
• 4.1 软件的各功能模块
• 4.1.1 CPS4-HZ单元功能的实现
• 4.1.2 主程序Load CPS4-HZ 功能的实现
• 4.1.3 软件相关运行文件介绍
• 4.2 软件的运行流程及其整体设计框图
• 4.2.1 软件的运行流程
• 4.2.2 软件的执行框图
• 第五章 实例计算及结果分析
• °时受单向均布拉力的正交各向异性正方形板'>5.1 算例一——θ=0^°时受单向均布拉力的正交各向异性正方形板
• 11'>5.1.1 识别单个参数E₁₁
• °时受双向均布拉力的正交各向异性正方形板'>5.2 算例二——θ=0^°时受双向均布拉力的正交各向异性正方形板
• 11、E₂₂'>5.2.1 识别两个参数E₁₁、E₂₂
• °双向均布拉剪作用的正交各向异性正方形板'>5.3 算例三——θ=0^°双向均布拉剪作用的正交各向异性正方形板
• 11、E₂₂'>5.3.1 识别两个参数E₁₁、E₂₂
• 11、E₂₂、G₁₂'>5.3.2 识别三个参数E₁₁、E₂₂、G₁₂
• 11、E₂₂、v₁₂、G₁₂'>5.3.3 识别四个参数E₁₁、E₂₂、v₁₂、G₁₂
• °时受均布压力作用的正交各向异性简支梁'>5.4 算例四——θ=0^°时受均布压力作用的正交各向异性简支梁
• 11'>5.4.1 识别单个参数E₁₁
• 11、E₂₂'>5.4.2 识别两个参数E₁₁、E₂₂
• 11、E₂₂、G₁₂'>5.4.3 识别三个参数E₁₁、E₂₂、G₁₂
• 11、E₂₂、v₁₂、G₁₂'>5.4.4 识别四个参数E₁₁、E₂₂、v₁₂、G₁₂
• °时受均布压力作用的正交各向异性简支梁'>5.5 算例五——θ=30^°时受均布压力作用的正交各向异性简支梁
• 11、E₂₂'>5.5.1 识别两个参数E₁₁、E₂₂
• 11、E₂₂、G₁₂'>5.5.2 识别三个参数E₁₁、E₂₂、G₁₂
• 11、E₂₂、v₁₂、G₁₂'>5.5.3 识别四个参数E₁₁、E₂₂、v₁₂、G₁₂
• 5.6 算例结果分析
• 第六章 成果总结和后续研究方向
• 6.1 研究成果总结
• 6.2 后续研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参与的主要科研项目
• 攻读硕士学位期间发表的论文