车用碳纤维复合材料本构参数反演方法

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1、学校代号10532学号S12021010分类号TB332密级公开硕士学位论文车用碳纤维复合材料本构参数反演方法学位申请人姓名杨思满培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称韩旭教授姜潮教授学科专业机械工程研究方向材料参数识别论文提交日期2015年05月14日学校代号：10532学号：S12021010密级：公开湖南大学硕士学位论文车用碳纤维复合材料本构参数反演方法学位申请人姓名：杨思满导师姓名及职称：韩旭教授姜潮教授培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：2015年05月14日论文

2、答辩日期：2015年05月24日答辩委员会主席：程军圣教授AInverseMethodofMaterialParametersabouttheCFRPUsedinVehiclebyYANGSimanB.E.(HunanUniversity)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicalEngineeringintheGraduateSchoo

3、lofHunanUniversitySupervisorProfessorHANXu,ProfessorJIANGChaoMay,2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加Ｗ标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个。人和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。。。＜／作者签名：７？参磬日期：年＾月日

4、学位论文版权使用授权书、意学本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定，同校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可レッ将本学位论文的全部或部分内容编入有关、数据库进行检索，可Ｗ采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１、保密□，在年解密后适用本授权书。２、不保密囚＾＂＂（请在Ｗ上相应方框内巧Ｖ）户］《６＾作者签名：才扳麥日期：年月作日导师签名：日期：州５年月／〇日

5、Ｉ车用碳纤维复合材料本构参数反演方法摘要碳纤维增强树脂基复合材料具有质轻高强、降噪减振、易于成形等优点，在汽车车身覆盖件等结构的轻量化设计时具有较明显的应用优势。然而，碳纤维复合材料车身结构在汽车碰撞等冲击过程中处于复杂的复合应力状态，对其进行准确的仿真分析，需要基于准确的材料参数。由于电测法等传统测量技术存在测量点个数少、受环境影响大等局限性，不能准确获得复合材料拉伸试验试样表面的全场位移场变化，难以获悉准确的本构参数。因此，有必要研究一种适用性广泛的方法作为识别复合材料本构参数的途径。本

6、论文针对上述技术难点开展了相应地研究，其主要工作如下：（1）提出一种基于数字图像相关测量技术的车用碳纤维复合材料本构参数反演方法。首先，通过数字图像相关测量系统获得碳纤维拉伸试样的全场位移场；其次，根据试验环境和试样几何尺寸构建正问题有限元模型与反问题优化模型；最后，让仿真结果逐步逼近所有测量点的试验测量值，使得二者在最小二乘形式的差值最小，此时有限元模型的本构参数值最为接近真实值，从而一次性获得复合材料的所有本构材料参数。本文在参数反演的反问题模型优化时，采用归一化处理方法，减少优化后期搜索方向发

7、生的偏差；引入先全局后局部的搜索策略，将随机优化方法和梯度优化方法相组合，以实现反问题优化的求解精度与收敛速度的平衡。（2）对所提出的反演方法进行了试验测试和验证。首先制作碳纤维拉伸试验的散斑试样，获得试样表面多个测量点的平面位移响应值；其次应用本文提出的材料参数反演方法，研究了本构参数个数对反演效率与精度的影响；最后将反演结果应用于碳纤维波纹板的冲击仿真分析中，并通过落锤试验验证了有限元模型的准确性。（3）最后提出一种基于代理模型的正问题分析方法，对一般复合材料反演方法作一定改进，以降低参数反演的

8、计算量。通过试验设计方法、代理模型技术，以及全局灵敏度分析，获得碳纤维材料的全部本构参数。计算结果表明，该方法在提高反演计算速度的同时，反演结果较为准确，对快速反演复合材料的多个材料参数具有一定指导意义。关键词：数字图像相关；反演方法；本构参数；碳纤维复合材料II硕士学位论文AbstractTheCarbonFibreReinforcedPlastics(CFRP)haveobviousadvantagessuchaslightweight,highstrength,