基于瞬态响应的一种功能梯度梁的材料参数反求方法

摘要

随着功能梯度材料在实际工程中日益广泛的应用，需要一种有效的无损检测方法来获取功能梯度材料的材料特性参数。由于传统的检测方法在检测功能梯度材料时遇到的困难，以及一些先进的无损检测方法在实际工程应用中的局限，本文结合商业有限元软件，提出了一种基于瞬态响应的功能梯度梁的材料参数反求方法。 本文以功能梯度材料为研究对象，研究功能梯度材料的波动特性。研究应用商业有限元软件建立功能梯度梁波动响应模型的方法，仿真分析其瞬态响应，并对功能梯度梁材料参数的敏感性进行分析，为本文提出的基于瞬态响应反求功能梯度梁材料特性参数的方法提供依据。 在功能梯度梁波动特性分析的基础上，应用遗传算法建立功能梯度梁特性参数的反问题，提出一种基于瞬态响应的功能梯度梁材料特性参数的反求方法。其中，有限元软件获得的功能梯度梁的瞬态位移响应作为反求方法中的输入数据，功能梯度梁的体积参数作为输出数据。 引入了代理模型方法，应用响应面模型代替功能梯度梁波动响应模型作为本文反求方法中的正问题求解方法。建立不同的功能梯度梁波动响应模型的代理模型进行比较分析，证明所建立的响应面模型拟合度高，可以取代反求方法中的功能梯度梁波动响应模型，代理模型建立的过程中结合了试验设计方法。 最后，应用本文的反求方法反求两个实际SiC-C和SS-SN功能梯度梁的特性参数，验证所提出的功能梯度梁材料特性参数反求方法的有效性。 论文研究表明：对于功能梯度材料波动特性的研究为反求功能梯度材料的特性参数提供了一种有效的方法；功能梯度梁波动特性的分析可以借助于商业有限元软件；代理模型的引入提高了反求方法的计算效率；应用遗传算法建立的功能梯度梁材料特性参数反求方法获得的材料参数误差小、精度高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1前言

1.2功能梯度材料研究概况

1.2.1功能梯度材料的产生和发展

1.2.2功能梯度材料的应用

1.2.3功能梯度材料的性能评价

1.3基于波动特性的材料参数反求

1.4论文的主要研究内容

第2章基于波动特性的功能梯度材料研究

2.1前言

2.2波动基本理论

2.2.1波传播的基本参数

2.2.2广义胡克定律

2.2.3弹性波在介质中的传播

2.2.4梁的波动特性

2.3 FGM结构的波动特性分析

2.3.1 FGM的处理

2.3.2一种求解FGM波动响应的数值解法

2.4 FGM梁的有限元波动特性分析

2.4.1 FGM梁的波动响应模型的建立

2.4.2敏感性分析

2.5 FGM梁材料参数的反问题

2.5.1反求目标

2.5.2反问题建立

2.5.3反求算法

2.6本章小结

第3章功能梯度梁波动响应模型代理模型的建立

3.1前言

3.2 FGM梁材料特性参数的试验设计

3.2.1设计目标

3.2.2设计方法

3.3 FGM梁波动响应模型的代理模型

3.3.1响应表面模型的建立

3.3.2 Kriging模型的建立

3.3.3径向基模型的建立

3.3.4三种代理模型的比较

3.4 FGM梁材料特性参数的反求流程

3.5本章小结

第4章功能梯度梁材料特性参数反求算例

4.1前言

4.2 SiC-C梁算例分析

4.2.1反求参数

4.2.2响应面模型建立和分析

4.2.3参数反求

4.3 SS-SN梁算例分析

4.3.1反求参数

4.3.2响应面模型建立和分析

4.3.3参数反求

4.4本章小结

总结与展望

1总结

2展望

参考文献

致谢

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