本文關(guān)鍵詞：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件多尺度虛擬測試及模型重用技術(shù)研究

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【摘要】：復(fù)合材料以其優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件有多種幾何形態(tài),并且目前其設(shè)計合理性主要依賴積木式試驗來驗證,這造成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件設(shè)計修正周期長,復(fù)用性差等不足。虛擬測試技術(shù)利用計算機分析方法和物理試驗驗證,同時包含多尺度測試方法和分析理論,通過計算機這種低成本的測試方法代替部分物理試驗,實現(xiàn)降低成本、縮短設(shè)計研發(fā)周期的目的,同時結(jié)合模型重用技術(shù),改善復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模型復(fù)用性差缺陷,實現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動模型設(shè)計-分析過程參數(shù)的相互映射,借助計算機完成結(jié)構(gòu)件從概念設(shè)計到最終試驗的快速過渡。為解決復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件設(shè)計驗證對物理試驗過于依賴的現(xiàn)狀,本文在分析了國內(nèi)外復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件多尺度虛擬測試及模型重用技術(shù)的基礎(chǔ)上,針對結(jié)構(gòu)件設(shè)計過程和設(shè)計指標(biāo)提出了多尺度工程計算和有限元計算方法,建立了結(jié)構(gòu)件模型重用和參數(shù)調(diào)整方法,開發(fā)了多尺度虛擬測試及模型重用原型系統(tǒng)。分析了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件虛擬測試和模型重用關(guān)鍵技術(shù),總結(jié)了結(jié)構(gòu)件設(shè)計過程、驗證指標(biāo)、重用要素、調(diào)整參數(shù)。設(shè)計了由工程計算、有限元計算、模型重用和數(shù)據(jù)庫支撐的系統(tǒng)總體框架,給出了系統(tǒng)重用對象模型。建立了一種適用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件初步設(shè)計的考慮纖維缺陷的多尺度工程計算方法�；趶�(fù)合材料幾何多尺度形態(tài)建立相應(yīng)的計算方法,設(shè)計了工程計算總體框圖;由根據(jù)纖維褶皺角正態(tài)分布規(guī)律,提出了褶皺纖維RVE模型并對單向板工程常數(shù)進行預(yù)測;根據(jù)預(yù)測工程常數(shù),由不同失效準(zhǔn)則給出了簡單層板預(yù)測強度譜;建立了簡單層板和加筋板屈曲分析解析模型,并給出屈曲載荷與其影響參數(shù)間關(guān)聯(lián)關(guān)系,實現(xiàn)了參數(shù)化驅(qū)動對初步設(shè)計模型的快速分析和對設(shè)計方案的篩選。建立了一種針對結(jié)構(gòu)件設(shè)計強度和屈曲載荷的多尺度有限元譜分析方法。綜合考慮設(shè)計模型與分析模型交互方法、設(shè)計參數(shù)調(diào)整、損傷過程仿真方案等。研究了CAD/CAE模型參數(shù)映射原理,實現(xiàn)設(shè)計模型到分析模型的快速建立;利用剛度軟化原理,建立有限元漸進損傷模型;建立褶皺纖維離散化模型,從細觀角度預(yù)測宏觀結(jié)構(gòu)件受力薄弱點;建立含孔層合板和加筋板的屈曲載荷與影響參數(shù)間的譜分析,實現(xiàn)設(shè)計參數(shù)與分析參數(shù)相互映射。通過實例分析結(jié)果與試驗結(jié)果對比分析,驗證有限元分析方法的正確性和可行性。建立了一種考慮復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件復(fù)用性低和設(shè)計參數(shù)調(diào)整困難的模型表達、檢索和參數(shù)調(diào)整方法�；诮Y(jié)構(gòu)、行為、功能相似性建立模型存儲方式和模型庫訪問路徑;建立屈曲載荷和模型幾何參數(shù)間譜分析,實現(xiàn)由設(shè)計指標(biāo)參數(shù)到模型參數(shù)的快速計算;基于改進遺傳算法,建立強度與鋪層角度間關(guān)聯(lián)關(guān)系,通過工程計算和有限元計算實現(xiàn)鋪層參數(shù)的合理調(diào)整。設(shè)計了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件多尺度虛擬測試及模型重用原型系統(tǒng)總體框架、各功能模塊、各集成接口和操作流程,基于Visual C++完成了原型系統(tǒng)的開發(fā),建立了相關(guān)支撐模型庫和知識庫,實現(xiàn)了虛擬測試、模型重用和物理試驗的集成,最后通過操作實例證明了系統(tǒng)的可行性。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件 模型重用 虛擬測試 強度 屈曲 譜分析
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 課題背景及研究意義11-12
• 1.2 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件多尺度虛擬測試研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件多尺度測試技術(shù)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 復(fù)合材料虛擬測試技術(shù)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 復(fù)合材料模型重用研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.1 模型重用技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀14
• 1.3.2 模型表達方法研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 復(fù)合材料虛擬測試及模型重用研究現(xiàn)狀簡析15-16
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 復(fù)合材料多尺度虛擬測試及模型重用系統(tǒng)總體設(shè)計18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 復(fù)合材料虛擬測試基本原理18-21
• 2.2.1 復(fù)合材料虛擬測試基本原理18-20
• 2.2.2 虛擬測試關(guān)鍵技術(shù)20-21
• 2.3 復(fù)合材料模型重用方法及關(guān)鍵技術(shù)21-24
• 2.3.1 模型重用基本方法21-22
• 2.3.2 模型重用關(guān)鍵技術(shù)22-24
• 2.4 復(fù)合材料模型重用及虛擬測試系統(tǒng)總體方案24-26
• 2.4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案24-25
• 2.4.2 系統(tǒng)測試及重用對象25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 基于褶皺纖維RVE模型的結(jié)構(gòu)件強度和屈曲分析27-48
• 3.1 引言27
• 3.2 總體框架設(shè)計27-28
• 3.3 基于褶皺纖維RVE的單向板工程常數(shù)預(yù)測28-35
• 3.3.1 傳統(tǒng)RVE對單層板工程常數(shù)預(yù)測28-31
• 3.3.2 基于纖維褶皺缺陷對RVE模型工程常數(shù)的修正31-35
• 3.4 層合板強度預(yù)測35-40
• 3.4.1 簡單層板強度預(yù)測分析方案35-38
• 3.4.2 基于單胞模型的簡單層板強度譜預(yù)測38-40
• 3.5 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件屈曲分析40-47
• 3.5.1 薄板類結(jié)構(gòu)件屈曲分析40-42
• 3.5.2 復(fù)合材料薄板加筋件屈曲分析42-45
• 3.5.3 結(jié)構(gòu)件屈曲算例分析45-47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 第4章 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件多尺度有限元分析48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 總體框架設(shè)計48-49
• 4.3 多尺度數(shù)值分析方案及損傷分析49-53
• 4.3.1 基于CAD/CAE統(tǒng)一數(shù)據(jù)的有限元快速建模49-50
• 4.3.2 基于剛度軟化的漸進損傷模型建立50-53
• 4.4 典型結(jié)構(gòu)件損傷演化過程的模擬分析53-61
• 4.4.1 纖維彎曲損傷分析53-56
• 4.4.2 含孔層合板屈曲和漸進損傷分析56-60
• 4.4.3 復(fù)合材料薄板加筋件屈曲分析60-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第5章 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模型重用及模型參數(shù)調(diào)整62-76
• 5.1 引言62
• 5.2 總體框架設(shè)計62-63
• 5.3 模型可重用性判定63-64
• 5.4 復(fù)合材料典型結(jié)構(gòu)件重用模型庫構(gòu)建方案64-70
• 5.4.1 重用模型方案64-65
• 5.4.2 基于metamodle的結(jié)構(gòu)件信息描述65-70
• 5.5 模型重用參數(shù)調(diào)整方案70-75
• 5.5.1 基于屈曲分析的簡單層板的幾何參數(shù)調(diào)整70-72
• 5.5.2 基于改進遺傳算法的重用模型的鋪層參數(shù)調(diào)整方案72-75
• 5.6 本章小結(jié)75-76
• 第6章 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件多尺度虛擬測試及模型重用原型系統(tǒng)實現(xiàn)76-87
• 6.1 引言76
• 6.2 多尺度虛擬測試及模型重用系統(tǒng)功能模塊劃分及主界面設(shè)計76-80
• 6.2.1 功能模塊劃分76-78
• 6.2.2 主界面設(shè)計78-80
• 6.3 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件多尺度虛擬測試及模型重用系統(tǒng)操作流程80-81
• 6.4 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件多尺度虛擬測試及模型重用系統(tǒng)應(yīng)用實例81-86
• 6.4.1 重用模型81-84
• 6.4.2 工程計算84
• 6.4.3 有限元計算84-85
• 6.4.4 物理試驗85-86
• 6.5 本章小結(jié)86-87
• 結(jié)論87-89
• 參考文獻89-95
• 致謝95

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本文編號：587655