复合材料设计专家系统的实现与评估

论文摘要

新材料技术作为现代社会发展的重要支柱之一,已受到世界各主要工业国的高度重视。以先进纤维和高性能基体制造的复合材料,已广泛应用于工业领域和人们的日常生活中。利用“专家系统”进行新材料的研制,以计算机的高速度和大容量来处理材料的组合、制备、检测和评价,可使新型材料的研制周期大大缩短,节省大量人力物力,并可提高研制的可靠性。复合材料设计可以通过理论与计算,预报新材料的组分、结构和性能,或通过理论设计来“订做”具有特定性能的复合材料,按照实际要求“设计”出最佳的制备方法。以复合材料的知识数据库为基础,构建复合材料设计专家系统,并根据实际结果评估设计方案,是新材料设计的有效方法,有着传统设计方法不能替代的优势。本论文在大量收集、总结、和系统分析领域专家知识的基础上,利用计算机技术,采用复合材料设计的先进理论、设计经验和准则,应用专家系统开发工具VP-EXPERT和其它程序软件,开发构建了一个基于网络的复合材料设计专家系统及其评估体系的原型。主要包括一个Web浏览器、一个数据库服务器、一个应用服务器和一个评估体系。复合材料的种类及其设计的内容很多,其设计包括材料设计、结构设计和工艺设计等,整个设计过程涉及到该领域的许多知识和经验。本论文基于我们目前所获得的知识和经验,主要针对复合材料的力学性能进行了设计和开发。系统采用了比较实用的工程力学模型,可进行满足一定力学性能的复合材料及其简单构件的设计,重点研究了层合板结构纤维增强聚合物基复合材料的设计。本系统将专家系统技术和网络技术应用到复合材料设计中,能够模仿复合材料设计专家完成具有一定性能的复合材料及其典型构件设计的方案。系统具有充足的数据库和知识库,来储存复合材料设计的数据、理论和经验;推理采用基于模糊逻辑的不确定性推理,推理过程用独立的推理机去实现,实现外部文件交互,能迅速、合理地给出像领域专家给出的那种复合材料设计方案,避免了复合材料设计的盲目性,帮助设计人员大大提高了工作效率。并且,通过所建立的专家系统评估体系,可根据实际结果,凭借系统可靠运行的平台来检测评估给出的设计方案。同时,该系统提供了一个可以使专家知识汇总及提炼的场所,可通过网络进行多用户的协作设计和多专家的知识提供,通过设计信息的交流和设计方案的研讨,实现多专家共同解决复合材料设计中的关键难题,协同完成新型复合材料的设计任务,达到知识共享、资源共享、信息交流。通过领域专家的研讨和对知识库的不断丰富,使系统不断完备,功能不断增强。本系统的程序实现,采用了先进的数据库技术和网络技术,整个系统的调试、完善、维护方便,具有良好的人机交互界面。基于网络的复合材料设计专家系统及其评估体系原型的建立,使复合材料设计获得突破性的进展,减轻了设计人员的劳动,减少了不必要的实验,明显提高了工作效率,具有重要的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究课题的提出和意义
• 1.2 复合材料概述
• 1.2.1 复合材料概况
• 1.2.2 复合材料设计特点
• 1.3 专家系统概述
• 1.3.1 专家系统研究概况
• 1.3.2 专家系统的结构类型
• 1.3.3 构建专家系统的步骤
• 1.4 本课题主要研究内容及创新点
• 第2章 复合材料设计研究
• 2.1 复合材料力学分析
• 2.1.1 单层板的刚度和强度
• 2.1.2 单层板的细观力学
• 2.1.3 层合板的刚度与强度
• 2.2 复合材料设计
• 2.2.1 复合材料的材料设计
• 2.2.2 复合材料的结构设计
• 2.2.3 复合材料的界面优化设计
• 2.2.4 复合材料成型工艺的选择
• 2.3 材料复合新技术
• 2.4 复合材料设计的计算机实现
• 2.5 本章小结
• 第3章 复合材料设计专家系统的总体设计
• 3.1 系统总体设计任务与要求
• 3.1.1 复合材料设计过程
• 3.1.2 复合材料设计条件
• 3.1.3 复合材料专家系统功能要求
• 3.2 系统开发工具
• 3.2.1 程序设计语言
• 3.2.2 知识工程语言
• 3.2.3 系统开发环境
• 3.3 复合材料设计专家系统总体结构
• 3.4 系统各功能模块的设计
• 3.4.1 系统的功能模块
• 3.4.2 系统辅助功能模块
• 3.5 设计环境的选择
• 3.5.1 软件环境及语言的选择
• 3.5.2 系统运行的硬件及网络的选择
• 3.6 本章小结
• 第4章 复合材料设计专家系统具体功能的实现
• 4.1 系统功能模块的实现
• 4.1.1 设计模块的实现
• 4.1.2 评估、校核模块的实现
• 4.2 系统辅助功能模块的实现
• 4.2.1 知识维护与获取模块
• 4.2.2 协同设计模块
• 4.2.3 系统管理与维护模块
• 4.2.4 用户接口模块
• 4.3 系统的推理机
• 4.3.1 推理机制
• 4.3.2 控制策略
• 4.3.3 基于元知识的专家系统的组织结构及控制策略
• 4.4 系统的工作流程
• 4.5 系统Web浏览器
• 4.6 本章小结
• 第5章 聚合物基复合材料设计及强度校核实例
• 5.1 聚合物基复合材料的设计
• 5.1.1 聚合物基复合材料的材料设计
• 5.1.2 聚合物基复合材料的层合板设计
• 5.1.3 聚合物基复合材料的典型结构设计
• 5.1.4 聚合物基复合材料的界面优化设计
• 5.1.5 聚合物基复合材料的成型工艺设计
• 5.2 以应力强度因子为判定指标的构件设计问题
• 5.2.1 以应力强度因子准则进行设计的实例
• 5.2.2 复合材料中产生残余应力的机制
• 5.2.3 复合材料层合板结构中的残余应力问题
• 5.3 本章小结
• 第6章 复合材料设计专家系统的评估
• 6.1 专家系统的评估
• 6.1.1 专家系统评估原因及内容
• 6.1.2 专家系统评估方法及工具
• 6.2 评估指标体系的建立
• 6.2.1 评估指标的确定
• 6.2.2 权重的研究
• 6.3 复合材料设计专家系统的评估
• 6.4 评估结果分析
• 6.5 优化方案
• 6.5.1 知识库功能完备性和预见准确性
• 6.5.2 人机界面的优化
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历