針對鼓泡方法對具有不同本構(gòu)關(guān)系的薄膜材料力學(xué)參數(shù)識別方法難以統(tǒng)一的問題,提出了一種基于代理模型的薄膜材料力學(xué)參數(shù)識別方法。首先,運用多項式代理模型將薄膜材料力學(xué)參數(shù)與薄膜試件在不同測點的撓度仿真值之間的關(guān)系顯式化,然后采用改進(jìn)的鼓泡實驗裝置測量并獲得薄膜試件上各測點的擾度實驗值,再以相應(yīng)的測點多項式代理模型值與實驗值之間的相對誤差的平方和作為目標(biāo)函數(shù),采用狀態(tài)轉(zhuǎn)移算法對材料參數(shù)進(jìn)行反解,獲得能表征薄膜的真實材料參數(shù)。采用這一方法,對304不銹鋼薄膜和橡膠材料進(jìn)行識別實驗,證實了這一方法的有效性和可靠性。因此可以利用本文的方法研究鼓泡實驗裝置的儀器化,從而為進(jìn)一步實現(xiàn)薄膜材料力學(xué)參數(shù)識別方法的統(tǒng)一提供新的思路。 

【文章來源】：實驗力學(xué). 2020,35(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

狀態(tài)轉(zhuǎn)移算法流程圖

表2 橡膠薄膜材料的多項式代理模型Tab.2 Polynomial agent model for rubber film materials 測點序號 多項式代理模型 1 F1(C10,C01)=0.208C 10 2 +0.441C10C01+0.275C 01 2 -1.667C10-1.850C01+5.893 2 F2(C10,C01)=0.207C 10 2 +0.439C10C01+0.274C 01 2 -1.660C10-1.843C01+5.869 3 F3(C10,C01)=0.205C 10 2 +0.434C10C01+0.271C 01 2 -1.641C10-1.823C01+5.803 4 F4(C10,C01)=0.201C 10 2 +0.426C10C01+0.266C 01 2 -1.610C10-1.789C01+5.694 5 F5(C10,C01)=0.195C 10 2 +0.415C10C01+0.259C 01 2 -1.566C10-1.741C01+5.541 6 F6(C10,C01)=0.188C 10 2 +0.400C10C01+0.249C 01 2 -1.510C10-1.680C01+5.344 7 F7(C10,C01)=0.179C 10 2 +0.382C10C01+0.238C 01 2 -1.441C10-1.606C01+5.102 8 F8(C10,C01)=0.169C 10 2 +0.361C10C01+0.225C 01 2 -1.36C10-1.517C01+4.815 9 F9(C10,C01)=0.157C 10 2 +0.336C10C01+0.21C 01 2 -1.265C10-1.413C01+4.481 10 F10(C10,C01)=0.143C 10 2 +0.307C10C01+0.192C 01 2 -1.156C10-1.296C01+4.098 11 F11(C10,C01)=0.127C 10 2 +0.275C10C01+0.172C 01 2 -1.034C10-1.162C01+3.666 12 F12(C10,C01)=0.110C 10 2 +0.24C10C01+0.15C 01 2 -0.898C10-1.013C01+3.183 13 F13(C10,C01)=0.091C 10 2 +0.2C10C01+0.125C 01 2 -0.747C10-0.848C01+2.646 14 F14(C10,C01)=0.07C 10 2 +0.157C10C01+0.098C 01 2 -0.581C10-0.666C01+2.054薄膜裝夾裝置由帶通孔的不銹鋼壓蓋(法蘭)和圓柱體不銹鋼測量基座構(gòu)成,由螺釘連接,將薄膜固定在壓蓋與基座之間的通孔位置,通過平墊圈,薄膜,平墊圈的順序安置,由硅膠進(jìn)行密封。激光位移測量系統(tǒng)主要引入激光位移測量技術(shù),激光頭的測量方法選用漫反射測量,測點的變形量由激光位移傳感器測得,其原理為三角測量法。采用三角測量法的激光位移傳感器最高線性度可達(dá)1μm,分辨率更是可達(dá)到0.1μm的水平,所以此測量方法具有成本低、全場測量、非接觸式、高分辨率、高靈敏度、無破壞、操作簡單、理論精度高、可以快速獲取結(jié)果等優(yōu)點。為了能在較穩(wěn)定的壓強作用下進(jìn)行實驗,壓力加載系統(tǒng)選用流體靜壓的方式加載,實驗裝置的設(shè)計選用連通器的方式。為了能時刻準(zhǔn)確掌控所施加壓強的大小,需要在容器上刻下刻度,根據(jù)連通器內(nèi)部壓強平衡,可得載荷大小為:

表7 三種參數(shù)識別方法得到的楊氏模量與拉伸實驗得到的楊氏模量的相對誤差Tab.7 Relative error between Young′s modulus obtained by three parameter identification methods and Young′s modulus obtained by tensile test 方法 楊氏模量/MPa 相對誤差/% 拉伸實驗 192000 0 文獻(xiàn)[20] 198311.3 3.18 文獻(xiàn)[21] 182654.1 5.12 本文方法 195559 1.81 注:文獻(xiàn)[20]是基于鼓膜法與薄板小變形理論相結(jié)合的參數(shù)識別方法,文獻(xiàn)[21]是基于Hecnky問題級數(shù)解的參數(shù)識別方法。4.2 橡膠材料結(jié)果分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于鼓膜法的薄膜力學(xué)性能測試研究[J]. 李魯魯,馬樹軍,張沖,修強.  傳感器與微系統(tǒng). 2017(09)
[2]基于激光超聲場檢測的材料常數(shù)測量方法[J]. 李茜茜,趙金峰,潘永東.  實驗力學(xué). 2016(03)
[3]Bammann-Chiesa-Johnson粘塑性本構(gòu)模型材料參數(shù)的一種識別方法[J]. 譚陽,遲毅林,黃亞宇,姚廷強.  計算力學(xué)學(xué)報. 2015(04)
[4]原位微拉曼測試技術(shù)在碳納米管纖維和薄膜材料力學(xué)性能研究中的應(yīng)用[J]. 李秋,仇巍,鄧衛(wèi)林,亢一瀾.  實驗力學(xué). 2014(03)
[5]虛位移場方法在石墨材料力學(xué)參數(shù)測量中的應(yīng)用[J]. 郭保橋,陳鵬萬,謝惠民,戴福隆,Fabrice PIERRON.  實驗力學(xué). 2011(05)
[6]Modeling and parameter identification of amplitude- and frequency-dependent rubber isolator[J]. 孫德偉,陳志剛,張廣玉,P.Eberhard.  Journal of Central South University of Technology. 2011(03)
[7]納米壓痕法研究PZT壓電薄膜的力學(xué)性能[J]. 蔣銳,胡小方,許曉慧,伍小平.  實驗力學(xué). 2007(06)
[8]微構(gòu)件材料力學(xué)性能測試方法[J]. 蘇才鈞,吳昊,郭占社,孟永鋼,溫詩鑄.  實驗力學(xué). 2005(03)
[9]半導(dǎo)體器件殘余應(yīng)力測試與模擬研究[J]. 孫建海,王衛(wèi)寧,耿照新,岳偉.  實驗力學(xué). 2004(04)
[10]鋼管混凝土拱橋綴板鼓包應(yīng)力的測試方法[J]. 李建康,孫建忠,蘇彥江,楊齊海,張超福.  實驗力學(xué). 2003(04)



本文編號：3584609