编织复合材料不确定性分布式参数识别方法研究

Investigations on identification of distributed elastic parameter with uncertainties of braided composites is undertaken. The traditional deterministic structural parameter identification is extended to solve the problem that the parameter with uncertainties is spatially distributed. Firstly, a multi-stage parameter identification method is proposed and conducted, the identified results can provide a reference for uncertain parameter identification. Secondly, considering the test data is sufficient or not, spectral stochastic finite element method is adopted to express the random field and the interval orthogonal expansion is employed to describe the interval distributed parameter, using local frequency response function for distributed parameter identification, consequently, approaches on identification of uncertain distributed parameters of braided composites are presented. At last, cantilever composite beams and panels are employed in numerical simulation and experimental study to validate the method, using the experimental data to identify the spatially distributed parameters. Implementation of the method will contributed to improve the accuracy of the structural dynamics model and the reliability of the dynamic response.

针对编织复合材料分布式弹性参数存在不确定性的问题开展研究。将传统确定性结构参数识别方法扩展到空间分布不确定性参数识别问题。首先，开展复合材料确定性等效参数多阶段预测方法研究，为不确定性参数识别初值选取提供参考；然后，针对试验数据充足和缺乏两种情况，分别采用谱随机有限元以及区间正交展开描述复合材料参数空间分布，采用频响函数作为特征量识别复合材料不确定性参数，提出编织复合材料力学性能存在不确定性的空间分布参数识别方法。最后，开展数值仿真和试验验证研究，以纤维编织复合材料悬臂梁和板为研究对象，采用实测频响函数样本识别悬臂梁空间分布参数的不确定性。本方法的实现有助于提高编织复合材料结构动力学建模的准确性和动响应分析的可靠性。

纤维编织复合材料具有较高的比模量和比强度、较强的抗疲劳性能，已广泛应用于航空、航天等领域。然而，由于纤维排列不规则、纤维和基体性能的离散性、制造过程中产生的微缺陷等将导致材料存在明显非均匀性，具体表现为空间分布上的不确定性。本项目通过研究复合材料结构响应与材料力学性能的关系，提出基于多阶段优化的复合材料参数识别方法，能够采用有限的试验数据识别尽量多的复合材料弹性参数；提出了基于K-L展开与混沌多项式的复合材料力学性能随空间分布不确定性描述方法，建立复合材料分布式不确定性弹性参数场模型；提出了基于勒让德多项式与混沌多项式的随机场展开方法，基于K-L展开与随机响应面建立了分布式不确定性弹性参数识别方法；提出了区间正交展开方法来描述分布式区间不确定性参数，解决了仅能获得试验数据区间情况下的复合材料分布式不确定性参数识别问题。依托本项目，发表论文26篇，其中SCI收录9篇，EI收录16篇，SCD/CSCD收录论文1篇。授权国家发明专利10项，登记软件著作权3项，获江苏省科学技术进步一等奖1项（排名2），军队科技进步二等奖1项（排名4），江苏力学科学技术奖1项（排名2）。本项目的完成可以揭示复合材料非均匀力学性能随空间分布规律，为纤维增强复合材料结构动力学模拟提供更加准确、可靠的分析方法和建模参数。