基于响应面全局优化技术的蜂窝板材料性能参数修正

蜂窝夹层板结构广泛应用于航空航天行业中,建立准确的蜂窝夹芯板有限元模型是分析和优化航天器微振动的必要前提。基于蜂窝芯的力学等效参数模型,建立了蜂窝板的动力学有限元模型。使用正交数值实验设计筛选出对蜂窝板动力学性能影响最大的蜂窝芯等效材料参数,并利用基于响应面模型自适应采样技术的全局优化方法快速地完成了蜂窝芯关键材料参数的优化修正。修正后的蜂窝板有限元模型前六阶模态频率与实验结果的平均误差小于1%。     

基于改进高斯径向基函数响应面方法的蜂窝板模型修正

用等效板理论计算蜂窝板等效结构参数建立基准有限元模型, 对基准模型中结构参数施加摄动量建立待修正有限元模型。根据均匀设计方法将等效参数分为不同水平的参数组, 分别计算各参数组对应的模态频率响应, 然后建立基于一次式-高斯组合径向基函数(Linear-Gaussian RBF)的响应面模型。引入变异算子的改进粒子群算法修正响应面模型, 将搜索到的参数摄动量(优化解)代入待修正模型, 得到修正后模型。通过比较基准模型与修正前后模型的结构参数和模态频率响应的接近程度, 证实了修正方法的有效性。基于响应面的模型修正避免了迭代中重复调用有限元计算, 可提高分析效率。      

基于响应面法的结构动力学模型修正

为了获得精确的结构动力学模型,提出了响应面和优化相结合的方法。利用参数化模型和优化拉丁方试验设计获取样本点构造多项式响应面模型,最小二乘法确定多项式系数并检验响应面的拟合精度。用响应面计算结果与实验结果的误差构造目标函数,自适应模拟退火算法来优化修正响应面参数,将修正后的参数值带入有限元模型得到修正模型。以欧洲航空科技组织的基准模型GARTEUR飞机模型为算例,对比修正前后模态频率,结果表明修正后的模型在测试频段和预测频段具有良好的复现和预测能力,进而验证了基于响应面法与优化方法相结合的结构动力学有限元模型修正的有效性。     

基于响应面的大型输电塔结构有限元模型动力修正

针对基于灵敏度分析的有限元模型动力修正方法计算效率较低、迭代收敛慢的不足,将响应面法引入500 kV大跨越输电塔基准模型修正.选择塔脚弹性支承刚度为修正参数,依次进行单因素试验、样本值计算、响应面建立与分析、参数优化.修正后,有限元模型非常准确地复现了单塔横、纵两个方向的-阶弯曲动态特性,修正效果与基于灵敏度分析的模型修正方法接近,证明响应面法在有限元模型动力修正领域的应用价值.还探讨了塔架结构修正参数的选取问题,为相关研究提供参考.     

基于多输出支持向量回归机的有限元模型修正

为了克服神经网络以及单输出支持向量回归算法在有限元模型修正中的不足,提出了基于多输出支持向量回归算法的有限元模型修正方法。根据5-折交叉验证法选择支持向量回归机的参数,用均匀试验设计法构造样本,联合结构的动力和静力响应数据作为输入,多个设计参数作为输出,以支持向量回归机逼近输入输出二者之间的非线性映射关系,然后利用支持向量回归机的泛化推广能力,求解设计参数的目标值。空间网格结构数值模型的分析结果表明,该方法能同时修正多个设计参数,在少量样本的情况下具有较高的修正精度,为有限元模型修正提供了一种新的探索。     

基于贝叶斯法的复杂有限元模型修正研究

从概率思维角度出发,证明基于最大熵原理的贝叶斯反分析准则函数法和解不适定问题的正则化方法是一致的,提出一种基于信息融合和贝叶斯理论的模型修正方法。该方法采用试验设计构造样本,采用二次响应面作为快速运行模型,通过响应面自身的特性和精度要求进行收敛判断,在响应面迭代中确定信息融合系数（设计规范、有限元计算信息、实测信息）和待修正的设计参数值。该方法充分利用先验信息,迭代计算量较小,可推广至大型复杂非线性结构。某抽水蓄能电站地下厂房结构的有限元模型修正结果验证了该方法的有效性     

铝蜂窝串联缓冲结构静态压缩仿真与试验研究

为更好设计多级铝蜂窝缓冲结构,为星球着陆器缓冲结构设计提供理论依据,对串联式铝蜂窝结构进行静态压缩的仿真与试验研究。针对仿真模型规格的多样性,为提高仿真效率,基于PCL语言编写参数化建模分析程序,实现有限元模型的自动建立。通过与理论公式及试验结果对比,证明有限元模型可准确计算串联铝蜂窝缓冲结构受静态压缩载荷作用下的平均应力及极限应变值,能准确提供整个变形过程铝蜂窝所受载荷信息。与传统的试验方法相比,该有限元仿真模型计算成本低、不受试验条件限制,且有较高的计算精度。仿真与试验研究表明,对同一尺寸蜂窝,与单个铝蜂窝缓冲器相比,串联式组合铝蜂窝缓冲器能吸收更多的能量。     

四边固支铝基蜂窝夹层板弯曲自由振动分析

基于经典叠层板理论, 将铝基蜂窝芯层等效为一正交异性层, 等效弹性参数由修正后的Gibson公式得出, 对四边固支薄蜂窝夹层板弯曲振动的固有频率进行了理论推导, 研究了蜂窝夹层板厚度、 芯层板厚度对蜂窝夹层板固有频率的影响。同时利用有限元软件计算了相应参数下的固有频率。计算结果表明, 经典叠层板理论可以较准确的计算四边固支蜂窝夹层板的固有频率。      

基于模态试验的对接圆柱壳结构有限元模型修正EI北大核心CSCD

壳体组合结构广泛应用于船舶、土木和航空航天等工程领域。为获得精确的对接圆柱壳结构动力学模型,采用基于数学模型的响应面法对有限元模型多个参数进行优化,实现有限元模型修正。通过模态试验获得对接圆柱壳结构的试验模态参数,采用模态置信度检验模态试验结果。利用ANSYS有限元软件对结构进行有限元模态分析,提取整体模态。通过中心复合设计方法获取样本点构造多项式响应面模型,采用决定系数和均方根误差检验响应面的拟合精度。响应面模型计算结果与试验结果的误差构造目标函数,多目标遗传算法用于优化响应面参数,最终将修正后的参数代入有限元模型得到修正模型。对比修正前后的模态频率,结果表明修正后得到的有限元模态频率与实测模态频率间相对误差明显减小,进而验证了基于响应面方法在对接圆柱壳有限元模型修正中的有效性。     

蜂窝夹层复合材料不确定性参数识别方法

提出蜂窝夹层复合材料不确定性参数识别方法。采用三明治夹芯板理论建立铝蜂窝夹层结构的初始有限元模型,其中芯层等效弹性参数由均匀化方法计算。据芯层结构及相对灵敏度分析选存在不确定性且对动态特性敏感性较大的面外剪切模量及面板厚度为待识别参数。对6块铝蜂窝复合材料板进行自由-自由边界条件下动态试验,获得试验模态参数的均值及标准差。据试验结果采用所提方法识别铝蜂窝夹层板不确定性参数。结果表明,对存在不确定性参数的铝蜂窝夹层复合材料用该方法能准确识别铝蜂窝夹层板不确定参数的均值及标准差。并建立具有准确统计意义的动力学模型。     

胶粘剂在蜂窝板局部变形中作用的模拟研究

提出了一套定量研究蜂窝夹层板中胶粘剂作用的方法。从建立蜂窝芯，胶粘剂和面板的板单元有限元模型出发，用有限元软件计算了在线弹性范围内有胶粘剂和无胶粘剂蜂窝夹层板模型在局部压力及平底刚性模两种局部载荷下的变形，并作了对比分析，指出了胶粘剂对夹反加强作用，试图为定量研究复杂载荷条件下胶粘剂在夹层结构中的作用开辟道路。     

等腰梯形蜂窝芯玻璃钢夹芯板的面内压缩性能

为研究等腰梯形蜂窝芯玻璃钢夹芯板面内压缩破坏机制, 利用材料试验机对夹芯板面内压缩性能进行了试验测试, 并开展了模拟研究。结果表明: 夹芯板的面内压缩破坏方式主要有面板折断、夹芯板屈曲失稳和夹芯板中面板与蜂窝芯脱粘3种类型。面板为夹芯板面内压缩的主要承载构件, 蜂窝芯对面板起到固支作用。面板结构参数与材料参数为影响夹芯板面内压缩抗压强度与抗压刚度主要因素, 多数蜂窝芯的结构参数与材料参数对夹芯板面内压缩抗压强度的影响微弱, 而个别蜂窝芯的结构参数对夹芯板面内压缩抗压刚度的影响比较显著。夹芯板体积一定时, 随着蜂窝芯胞体单元数量的增加, 夹芯板面内压缩的抗压强度与抗压刚度逐渐增大。      

蜂窝夹芯板表面加工的平整度分析

蜂窝夹芯结构具有高的比强度、比刚度以及质量轻等优点,被广泛应用于航空航天领域。因此,对其进行力学特性分析具有理论研究和工程应用价值。针对卫星常用的蜂窝夹芯结构板,实验测得夹芯板的表面平整度。根据理论推导得出蜂窝夹芯结构的等效材料参数,利用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran进行蜂窝夹芯板的表面平整度分析。对比发现,实验结果和计算分析结果相差为5.9%,表明理论推导的可行性。根据三明治等效理论,提出建立常用规格的蜂窝的等效参数的等效系数库,便于蜂窝夹芯结构的工程应用。     

明胶鸟弹撞击复合材料蜂窝夹芯板试验

开展明胶鸟弹撞击复合材料蜂窝夹芯板试验,研究夹芯结构在软体高速冲击下的损伤形式,分析相关因素对结构动态响应结果的影响。通过CT扫描对复合材料蜂窝夹芯板内部进行检测可知,面板出现分层、基体开裂、纤维断裂、凹陷、向胞内屈曲等损伤形式,蜂窝芯出现芯材压溃、与面板脱粘的损伤形式;分析复合材料蜂窝夹芯板后面板的动态变形过程及撞击中心处位移-时间数据可知,复合材料蜂窝夹芯板在撞击过程中出现由全局弯曲变形主导和局部变形主导的两种变形模式;通过对比不同工况下的复合材料蜂窝夹芯板损伤程度可知,复合材料蜂窝夹芯板损伤程度随鸟弹撞击速度的增加而增大;蜂窝芯高度为10 mm的复合材料蜂窝夹芯板较蜂窝芯高度为5 mm的复合材料蜂窝夹芯板的损伤程度大;初始动能较大的球形鸟弹较圆柱形鸟弹对复合材料蜂窝夹芯板造成的冲击损伤程度更大。      

圆柱形胞元蜂窝夹芯板梁理论的研究

为了研究蜂窝夹芯板梁受压塌陷的原因, 建立了圆柱形胞元蜂窝夹芯胞元壳的轴向受压理论分析模型, 推导了圆柱形胞元蜂窝夹芯板梁临界压应力的计算公式, 提出了一种全新的迭代优化设计方法, 给出了一套较完整的分析设计理论。通过用3D 有限元数值模拟技术, 对铝质圆柱形蜂窝胞元壳进行模拟, 结果与公式的计算值吻合较好。该研究对进一步完善蜂窝夹芯板梁理论提供依据。      

蜂窝夹层复合材料结构非线性传热分析

考虑材料热物性随温度变化的影响,针对蜂窝夹层复合材料结构的特点,假定其内部的瞬态温度场的分布状况,并在此假定的基础上基于三维各向异性热传导理论及复合材料层合结构传热分析的热叠层方法,提出一种针对蜂窝夹层复合材料结构的改进的计算方法,并推导出蜂窝夹层复合材料结构瞬态温度场分析的有限元方程。应用这种方法对热物性非线性蜂窝夹层复合材料板的瞬态温度场进行分析,数值算例结果显示了材料特性的非线性对蜂窝夹层复合材料板热传导的影响,只有非线性程度很小时忽略非线性因素导致的误差才可被忽略;当非线性程度较强烈时,考虑非线性因素的计算结果与忽略非线性因素的计算结果就会产生很大偏差。      

高速冲击载荷作用下钎焊蜂窝夹层板动态响应

目的 以钎焊高温合金蜂窝夹层板为研究对象,分析其在弹丸高速冲击作用下的力学性能。方法 采用轻气炮冲击加载试验结合有限元模拟,对蜂窝夹层板开展不同冲击强度下的动态响应和失效研究。开展含高速冲击损伤的蜂窝夹层板侧压试验,研究损伤模式对剩余强度的影响。结果 冲击强度对夹层板的失效过程和失效模式有着明显的影响,当冲击条件不足以使得迎弹面发生侵彻时,夹层板失效为表面压痕损伤;随着冲击强度的提高,出现不同程度的局部芯层压缩;当冲击强度大于临界值时,迎/背弹面陆续被侵彻,夹层板出现侵入损伤及贯穿损伤。结论 高速冲击损伤使得蜂窝夹层板的侧压失效模式,由理想塑性屈曲转变为局部失稳,侧压极限载荷大幅降低。     

简介蜂窝铝板

蜂窝铝板具有质轻、比强度高、抗振、隔热、隔音和无污染等优点，是一种具有良好发展前景的复合结构材料，介绍了蜂窝铝板的性能特点及其应用历史。     

梯度铝蜂窝夹芯板的力学行为

梯度分层铝合金蜂窝板是一种有效的吸能结构,本工作在梯度铝蜂窝结构的基础上根据梯度率的概念,通过改变蜂窝芯层的胞壁长度,设计了4种质量相同、梯度率不同的铝蜂窝夹芯结构。通过准静态压缩实验,并结合非线性有限元模拟准静态及冲击态下梯度铝蜂窝夹芯结构的变形情况及其力学性能,分析对比了相同质量下梯度铝蜂窝夹芯结构在准静态下的变形模式以及冲击载荷下分层均质蜂窝结构和不同梯度率的分层梯度蜂窝结构的动态响应和能量吸收特性。结果表明:在准静态压缩过程中,铝蜂窝梯度夹芯板的变形具有明显的局部化特征,蜂窝芯的变形为低密度优先变形直至密实,层级之间的密实化应变差随芯层密度的增大而逐渐减小;在高速冲击下,梯度蜂窝板并非严格按照准静态过程中逐级变形直至密实,而是在锤头冲击惯性及芯层密度的相互作用下整体发生的线弹性变形、弹性屈曲、塑性坍塌及密实化;另外,在本工作所设计的梯度率中,当梯度率为γ₁=0.0276时,梯度蜂窝夹芯板的吸能性达到最好,相较于同等质量下的均质蜂窝夹芯板,能量吸收提高了10.63%。