The present invention discloses a sensitivity analysis method based on the thermal mode of two-dimensional orthogonal anisotropic composite plate, including the following steps: (1) solving the linear stiffness matrix K0 of a Two-dimensional Orthotropic Composite Plate Considering tension, bending and shear deformation; (2) the initial stress stiffness matrix K sigma of the thermal structure is solved. (3) to solve the objective function of the structural finite element dynamic equation considering the effect of thermal stress, that is, the generalized eigenvalue problem which is converted into the effect of structural thermal stress, and (4) based on the objective function f in step (3), the sensitivity of the thermal mode to the structural parameters of the two-dimensional orthogonal anisotropic composite plate is solved by the complex function method. . The invention considers the effect of thermal stress on structural stiffness and structural response (thermal mode) analysis. The complex function method can be used to analyze the sensitivity matrix of high precision thermal mode to structural parameters.
【技术实现步骤摘要】
基于二维正交各向异性复合材料板的热模态对结构参数的灵敏度分析方法
本专利技术涉及复合材料结构优化和设计
,尤其是一种基于二维正交各向异性复合材料板的热模态对结构参数的灵敏度分析方法。
技术介绍
在航天结构中,如航空发动机上用于制造涡轮叶片的高温构件的定向结晶材料和单晶材料是正交各向异性的。正交各向异性材料是指通过这种材料的任意一点都存在三个相互垂直的对称面,垂直于对称面的方向称为弹性主方向。若三个相互垂直的弹性对称面中有一个各项同性的,那么这种材料为横观各向同性材料。二维正交各向异性复合材料薄板就表现为横观各项同性材料,纤维方向定义为主轴方向(1方向),垂直与1方向的2O3平面是各项同性,面内为正交各向异性材料。热传导和结构耦合系统的优化设计,是工程中普遍存在的问题,特别是在航空、航天、热力机械等方面。传热和结构热响应(如应力、变形、振动)以及它们之间的耦合作用,是设计分析的重要内容。灵敏度分析是优化设计的重要内容,它反映的是约束函数和目标函数对设计变量的导数信息。在动力学反问题研究中,为了获得高温环境下结构准确的动力学模型,识别结构在热环境下准确的动力学参数,首先需要进行热模态对结构参数的灵敏度分析方法研究。在梯度优化法中,灵敏度的精度直接决定了优化搜索方向的正确性及优化结果的准确程度和效率。由于在热模态对结构参数的灵敏度求解中,结构响应和设计变量之间的关系一般没有显式关系,所以求解目标函数或约束函数对设计变量的导数非常困难,研究的主要精力放在关键的灵敏度分析技术上。对于热结构的灵敏度分析,早期的求解方法是忽略温度场的影响,认为在优化过程中,结构的 ...
【技术保护点】
1.基于二维正交各向异性复合材料板的热模态对结构参数的灵敏度分析方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)求解考虑拉压、弯曲、剪切变形的二维正交各向异性复合材料板线性刚度矩阵K0,K0是与单元节点位移无关的刚度矩阵,结构在热载荷的作用下,面内拉伸、面外弯曲和剪切变形互相不耦合;(2)求解热结构的初应力刚度矩阵Kσ,Kσ表示单元中由于热环境存在而产生的初应力对刚度矩阵的影响;(3)求解考虑热应力影响的结构有限元动力学方程的目标函数,即为转化为考虑结构热应力影响的广义特征值问题;(4)基于步骤(3)中的目标函数f,采用复变函数法求解二维正交各向异性复合材料板的热模态对结构参数的灵敏度。
【技术特征摘要】
1.基于二维正交各向异性复合材料板的热模态对结构参数的灵敏度分析方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)求解考虑拉压、弯曲、剪切变形的二维正交各向异性复合材料板线性刚度矩阵K0,K0是与单元节点位移无关的刚度矩阵,结构在热载荷的作用下,面内拉伸、面外弯曲和剪切变形互相不耦合;(2)求解热结构的初应力刚度矩阵Kσ,Kσ表示单元中由于热环境存在而产生的初应力对刚度矩阵的影响;(3)求解考虑热应力影响的结构有限元动力学方程的目标函数,即为转化为考虑结构热应力影响的广义特征值问题;(4)基于步骤(3)中的目标函数f,采用复变函数法求解二维正交各向异性复合材料板的热模态对结构参数的灵敏度。2.如权利要求1所述的基于二维正交各向异性复合材料板的热模态对结构参数的灵敏度分析方法,其特征在于,步骤(1)中,线性刚度矩阵K0满足K0=Km+Kb+Ks(1)其中,Km为薄膜刚度矩阵,Kb为弯曲刚度矩阵,Ks为剪切刚度矩阵;其中,Dm,Db,Ds分别为二维正交各向异性复合材料板的薄膜,弯曲和剪切本构弹性矩阵;其中,t为板的厚度,k是考虑剪应力分布不均匀的系数,取6/5。3.如权利要求1所述的基于二维正交各向异性复合材料板的热模态对结构参数的灵敏度分析方法,其特征在于,步骤(2)中,求解热结构的初应力刚度矩阵Kσ,Kσ表示单元中由于热环境存在而产生的初应力对刚度矩阵的影响具体为:其中,G=[G1G2G3G4]是斜率插值矩阵,G满足...
【专利技术属性】
技术研发人员:费庆国,陈素芳,姜东,朱锐,曹芝腑,秦福溶,
申请(专利权)人:东南大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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