特殊材料的力学参数等效化研究

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材料力学参数的等效化是指用假设的理想均匀连续材料介质模拟非均匀材料,进而分析得到其等效的力学参数。在材料细观结构较为复杂且不易直接进行分析时,采用等效化的模式能够有效地简化分析过程。目前对复合材料和格栅材料力学参数的等效化方法主要有实验和理论计算两种模式,由于实验方法通常会耗费很多的人力和财力,数值理论分析方法已成为广大学者关注的重点。随着计算机科学技术的不断发展,人工神经网络技术逐渐成熟,在很多领域都得到了成功应用,但在材料力学参数的等效化应用研究还相对较少。本文基于人工神经网络,给出了获取复合材料和格栅材料两种特殊材料等效力学参数的分析方法。文中以数值分析为主,并给出了相对应的数值算例,相关研究内容主要有以下几个方面:(1)针对复合材料,以纤维铺层压力容器为研究对象,建立了有限元模型以及等效介质模型,并按完全试验设计方案收集等效介质模型的力学参数及测点的位移信息作为训练样本,以复合材料模型上节点的位移信息作为输入,利用神经网络对其等效力学参数进行有效的识别。(2)针对格栅材料,分别以等胞密度和非等胞密度的二维格栅板为研究对象,建立了有限元模型以及等效介质模型,并分别按完全试验设计方案和正交试验设计方案收集等效介质模型的力学参数及测点的位移信息作为训练样本,以格栅材料模型上节点的位移信息作为输入,利用神经网络对其材料等效的力学参数进行有效的识别。(3)考虑到二维格栅板的细观结构会导致尺度效应,引入偶应力理论,利用等效均匀介质的分析结果作为训练样本,借助相应的位移信息,分别对两种胞密度的二维格栅材料等效的力学参数进行识别,并将分析结果与非偶应力理论等效的结果进行了对比分析。(4)为了能有效地提高计算效率和计算精度,文中基于LevenbergMarquardt算法对构建的神经网络系统做了改进,并将其应用于引入偶应力理论的格栅材料等效化力学参数的识别,数值验证结果令人满意。
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