基于分层壳材料本构参数更新混合试验方法及分析方法技术

基于分层壳材料本构参数更新混合试验方法及分析方法，属于混合试验技术领域。为了解决模型更新混合试验方法中存在数值子结构模型精度差、试验子结构加载边界不准确导致试验误差的问题。本发明专利技术针对基于分层壳单元的全结构精细化数值模型，通过试验子结构加载实测数据在线识别分层壳单元的材料本构模型参数，并利用在线识别的分层壳单元的材料本构模型参数对基于分层壳单元的全结构精细化数值模型进行参数更新；然后基于更新参数后的基于分层壳单元的全结构精细化数值模型计算全结构的反力；所述全结构即进行试验的试验对象；所述分层壳单元的全结构精细化数值模型时针对全结构利用分层壳单元建模方式建立的有限元模型。用于全结构的试验及分析。型。用于全结构的试验及分析。型。用于全结构的试验及分析。

Hybrid test method and analysis method based on updating constitutive parameters of layered shell materials

【技术实现步骤摘要】
基于分层壳材料本构参数更新混合试验方法及分析方法


[0001]本专利技术属于混合试验
，具体涉及一种模型更新混合试验方法及全结构的分析方法。

技术介绍

[0002]混合试验是一种以低成本和高效率开展结构动力性能研究的试验方法，尤其模型更新混合试验方法为大型复杂结构的复杂动力问题研究提供最有效的手段。模型更新混合试验方法将被研究对象(也称全结构)分为试验子结构(也称试件)和数值子结构。其中试验子结构为全结构中性能相对比较复杂的部分，在实验室开展加载试验；而数值子结构为全结构中性能相对比较简单的部分，通过数值模型进行模拟。数值子结构和试验子结构通过边界耦合在一起，即要求满足边界的变形协调和力平衡。在试验子结构加载过程中，根据实测的位移和力数据在线估计试验子结构的模型参数，并对数值子结构模型参数进行更新。因此，模型更新混合试验方法通过更新数值子结构模型参数，能提高数值子结构模型计算精度，成为大型复杂结构复杂动力问题研究的最有效手段。
[0003]现有技术中数值子结构采用杆件单元、层模型等简化方式建模，即通过试验子结构加载过程中实测的位移和力信号识别试验子结构的简化模型的参数，并对数值子结构的简化模型参数进行更新。这种方法的建模精度较低，不能真实模拟数值子结构的真实受力状态，尤其无法开展强非线性阶段的模拟。关于数值子结构模型的精度差问题亟待新技术解决。
[0004]另外，现有技术中试验子结构采用简化边界条件进行加载，即受加载设备及试验场地的限制，无法真实模拟试验子结构的多自由度边界条件，而采用简化边界条件完成试件加载。这种方法无疑会改变试验子结构的真实受力状态，进而实测的反力产生误差，用有误差的实测反力直接计算全结构反应无疑会导致试验结果失真。关于试验子结构加载边界不准确问题亟待新技术解决。

技术实现思路
：
[0005]本专利技术是为了解决模型更新混合试验方法中存在数值子结构模型精度差、试验子结构加载边界不准确导致试验误差的问题，本专利技术提供了一种基于分层壳材料本构参数更新混合试验方法。
[0006]一种基于分层壳材料本构参数更新混合试验方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]针对基于分层壳单元的全结构精细化数值模型，通过试验子结构加载实测数据在线识别分层壳单元的材料本构模型参数，并利用在线识别的分层壳单元的材料本构模型参数对基于分层壳单元的全结构精细化数值模型进行参数更新；然后基于更新参数后的基于分层壳单元的全结构精细化数值模型计算全结构的反力；
[0008]所述全结构即进行试验的试验对象；所述分层壳单元的全结构精细化数值模型时针对全结构利用分层壳单元建模方式建立的有限元模型。
[0009]进一步地，在线识别分层壳单元的材料本构模型参数的过程是采用基于自适应无迹卡尔曼滤波方法实现的。
[0010]进一步地，在通过试验子结构加载实测数据在线识别分层壳单元的材料本构模型参数之前，通过逐步积分算法求解全结构运动方程获得全结构动力自由度上的位移向量d
k
，并将位移向量传递给基于分层壳单元的全结构精细化数值模型对应的自由度；
[0011]基于位移向量d
k
和前一步识别得到的分层壳单元的材料本构模型参数利用基于分层壳单元的全结构精细化数值模型进行一次非线性静力分析，并将分析得到的对应试验子结构边界条件的位移发送给电液伺服加载系统，由电液伺服加载系统完成对试验子结构的加载。
[0012]进一步地，所述通过试验子结构加载实测数据在线识别分层壳单元的材料本构模型参数的过程包括以下步骤：
[0013]基于自适应无迹卡尔曼滤波方法进行分层壳单元材料本构模型参数识别，以k
‑
1步的材料本构模型参数为基础，生成2m+1个Sigma点
[0014]然后将与一起发送基于分层壳单元的试验子结构精细化数值模型，进行2m+1 次非线性静力分析计算得到恢复力所述分层壳单元的试验子结构精细化数值模型是针对试验子结构，利用分层壳单元建模方式建立的限元模型；
[0015]最后根据步骤四中的反力和上一步材料本构模型参数计算出当前时间步的材料本构模型参数
[0016]进一步地，基于更新参数后的基于分层壳单元的全结构精细化数值模型计算全结构的反力的过程包括以下步骤：
[0017]利用在线识别的分层壳单元的材料本构模型参数对基于分层壳单元的全结构精细化数值模型进行参数更新之后，根据位移向量d
k
完成更新参数后的基于分层壳单元的全结构精细化数值模型非线性静力分析，得到全结构各动力自由度上的反力R
k
。
[0018]进一步地，在得到全结构各动力自由度上的反力R
k
之后，将全结构各动力自由度上的反力R
k
反馈至逐步积分算法，用于逐步积分算法求解下一时间步对应的全结构运动方程获得全结构动力自由度上的位移向量。
[0019]进一步地，所述试验子结构边界条件的位移通过HyTest Connector发送给电液伺服加载系统。
[0020]进一步地，逐步积分算法和自适应无迹卡尔曼滤波方法是在数学分析软件中进行的；非线性静力分析是在有限元分析软件中进行的。
[0021]进一步地，数学分析软件和有限元软件通过TCP Socket进行数据交互。
[0022]基于分层壳材料本构参数更新混合试验的分析方法，利用所述的基于分层壳材料本构参数更新混合试验方法对全结构反力进行计算，然后由计算得到的全结构反力计算全结构的反应，从而实现全结构的分析。
[0023]本专利技术解决了现有模型更新混合试验方法中存在数值子结构模型精度差的问题。现有技术中数值子结构和试验子结构采用杆件单元、层模型等简化方式建模，这种方法的
建模精度较低，不能真实模拟数值子结构的真实受力状态，尤其无法开展强非线性阶段的模拟。本专利技术一种基于分层壳材料本构参数更新混合试验方法，全结构和试验子结构的数值模型采用了分层壳单元材料本构模型精细化有限元实现，同时考虑了结构的剪切变形与弯曲变形的耦合作用，大大提高了数值模型的精度；采用基于自适应无迹卡尔曼滤波方法对试验子结构的分层壳单元材料本构模型参数进行识别，并对全结构精细化分层壳单元模型材料本构参数进行更新，进一步提高数值模型的精度。从而解决了数值子结构模型精度差导致试验结果误差的问题。
[0024]本专利技术解决了现有试验子结构加载边界不准确的问题。现有技术中试验子结构边界自由度较多的时候，受加载设备的限制，其边界条件往往难以完全实现，因而试验子结构采用简化边界条件进行加载，这种方法无疑会改变试验子结构的真实受力状态，进而实测的反力产生误差，用有误差的实测反力直接计算下一步全结构反应无疑会导致试验结果失真。本专利技术一种基于分层壳材料本构参数更新混合试验方法，由更新参数后的全结构精细化分层壳单元模型非线性静力分析计算全结构各动力自由度上的反力，由该反力计算全结构的位移，而不是现有技术用实测反力计算结构位移的方法，进而解决了边界加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分层壳材料本构参数更新混合试验方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：针对基于分层壳单元的全结构精细化数值模型，通过试验子结构加载实测数据在线识别分层壳单元的材料本构模型参数，并利用在线识别的分层壳单元的材料本构模型参数对基于分层壳单元的全结构精细化数值模型进行参数更新；然后基于更新参数后的基于分层壳单元的全结构精细化数值模型计算全结构的反力；所述全结构即进行试验的试验对象；所述分层壳单元的全结构精细化数值模型时针对全结构利用分层壳单元建模方式建立的有限元模型。2.根据权利要求1所述的一种基于分层壳材料本构参数更新混合试验方法，其特征在于，在线识别分层壳单元的材料本构模型参数的过程是采用基于自适应无迹卡尔曼滤波方法实现的。3.根据权利要求2所述的一种基于分层壳材料本构参数更新混合试验方法，其特征在于，在通过试验子结构加载实测数据在线识别分层壳单元的材料本构模型参数之前，通过逐步积分算法求解全结构运动方程获得全结构动力自由度上的位移向量d
k
，并将位移向量传递给基于分层壳单元的全结构精细化数值模型对应的自由度；基于位移向量d
k
和前一步识别得到的分层壳单元的材料本构模型参数利用基于分层壳单元的全结构精细化数值模型进行一次非线性静力分析，并将分析得到的对应试验子结构边界条件的位移发送给电液伺服加载系统，由电液伺服加载系统完成对试验子结构的加载。4.根据权利要求3所述的一种基于分层壳材料本构参数更新混合试验方法，其特征在于，所述通过试验子结构加载实测数据在线识别分层壳单元的材料本构模型参数的过程包括以下步骤：基于自适应无迹卡尔曼滤波方法进行分层壳单元材料本构模型参数识别，以k
‑
1步的材料本构模型参数为基础，生成2m+1个Sigma点然后将与一起发送基于分层壳单元的试验子结构精细化数值模型，进行2m+1次非线性静力分析计算得到恢复力所述分层壳单元的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许国山，姜禹彤，郑力畅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：