【摘 要】
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可靠性是关系结构安全的重要属性。随着对产品的使用要求逐步提升,需要对在工程实际中出现的材料性能、载荷工况等的不确定性进行准确的评估。一方面,可靠性分析可以评估不确定性对结构安全性能的影响;另一方面,灵敏度分析可以评估结构基本变量的随机性如何影响结构的性能。平纹编织面板蜂窝夹芯结构具有质量轻、高强度、高刚度等特点,被广泛应用于飞机结构中。由于受成型工艺影响较大,导致结构的材料性能及尺寸等参数在一定范
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可靠性是关系结构安全的重要属性。随着对产品的使用要求逐步提升,需要对在工程实际中出现的材料性能、载荷工况等的不确定性进行准确的评估。一方面,可靠性分析可以评估不确定性对结构安全性能的影响;另一方面,灵敏度分析可以评估结构基本变量的随机性如何影响结构的性能。平纹编织面板蜂窝夹芯结构具有质量轻、高强度、高刚度等特点,被广泛应用于飞机结构中。由于受成型工艺影响较大,导致结构的材料性能及尺寸等参数在一定范围内随机分布,结构的性能具有不确定性。因此,对平纹编织面板蜂窝夹芯结构进行可靠性与灵敏度分析在准确、高效评估结构性能以及减少结构设计优化成本等方面具有重要意义。首先,参照ASTM C364标准开展结构的侧向压缩试验,并基于渐进损伤失效分析方法,使用Abaqus/Standard进行有限元仿真,实现对结构的侧向压缩强度的预测。有限元仿真结果与试验结果误差均值为8%,说明有限元仿真可以有效预测结构侧压强度,此外,试验结果具有一定的离散性,说明有必要对结构的不确定性进行分析。其次,结合基于Python的Abaqus二次开发代替Abaqus/CAE实现前后处理工作,进行参数化建模,得到模型的初始模拟数据组。基于Kriging方法建立代理模型,得到结构侧向压缩强度与材料的随机参数之间的传输关系。采用蒙特卡洛法分析结构的可靠性并计算参数的灵敏度。结果表明,加载载荷为21 k N时,结构的失效概率为10-4,同时,对结构侧向强度影响最大的三个参数分别为面板厚度d、面板经向压缩强度Xc、面板经向杨氏模量E11。最后,为了评估损伤后结构的可靠性,进行结构低速冲击后剩余压缩性能试验并使用Abaqus/Explicit进行有限元仿真,实现对结构的冲击后剩余强度的预测。基于神经网络模型对损伤后的结构进行可靠性与灵敏度分析,并研究了参数变异系数对结构可靠性的影响。结果表明,损伤后结构的剩余强度是无损伤结构强度的42.1%,当加载载荷为9.6 kN时,结构的失效概率数量级为10-4,平纹编织面板蜂窝夹芯结构的冲击后最大压缩强度受面板的参数与面板、蜂窝芯子的厚度参数影响较大。
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