多铺层碳纤维蜂窝板模型修正

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaApr．252011Vol32No．4636—648ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)04-0636-13多铺层碳纤维蜂窝板模型修正秦玉灵1，孔宪仁l’*，罗文波21．哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨黑龙江1500012．中国空间技术研究院，北京100086摘要：蜂窝板是现代飞行器的主要承力结构。通过分析各形式响应面适用范同。提illIJnear-

2、and-Gaussian组合核支持向量机(SVM)响应面和基于分组控制策略的改进粒子群优化(IPSO)算法。用ANSYS的SHEI，I。91单元建立多铺层碳纤维蜂窝板的有限元模型(FEM)，并通过正交试验设计和F值检验确定待修IF结构参数，构造Linear-and—Gaussian响应面以拟合待修正结构参数与蜂窝板模态频率的关系并检验响应面模型有效性。最后，用基于分组控制策略的IPSO算法对响应面模型中的结构参数进行修正。修正后参数代人原有限元模型得到修正模型。通过对修正前后模型模态频率与基准模型模态频率在测试频段内外的对比，证实了修正后模型具有良好的

3、复现能力和预测能力。关键词：响应面；多铺层碳纤维蜂窝板；组合核支持向量机；分组控制策略；粒子群优化算法中图分类号：V414文献标识码：A现代飞行器结构普遍采用蜂窝板作为主要承力结构，蜂窝板是一种特殊的高强度轻质复合材料，具有较高的比强度、比刚度，以及较好的隔热隔振和耐冲击等优点。通常其由较薄的上下蒙皮层和中间较厚但质软的蜂窝夹芯层构成。蒙皮层可以是单层金属层，也可以是按不同角度铺设的多层纤维层；蜂窝夹芯可以分为正六边形、菱形和矩形等，其中正六边形蜂窝夹芯因用料省、制造简单、结构效率最高而在航空航天领域得到了广泛的应用[1。2]。蜂窝板材料参数由上下蒙皮

4、层材料类型、铺设方式、层厚度及蜂窝夹芯层胞元形状和材料等参数决定。MSC／NASTRAN和ANSYS等大型通用有限元软件中没有蜂窝结构单元库，无法在建模时直接定义材料参数，只能先对蜂窝板进行等效获得等效结构参数再进行计算。由于等效过程中对结构参数计算进行了合理简化，所得等效参数与实际结构参数必然存在差异，导致有限元计算结果与试验测量值之间亦有差异。利用结构现场实测的振动信息修正结构有限元模型(FEM)，使得修正后结构分析的模态参数与试验值趋于一致，即为有限元模型修正。结构模态频率是影响其动力学特性的重要因素，因此在模型修正过程中一般以结构模态频率为修正

5、目标。模型修正方法主要有矩阵型和元素型两种，前者以有限元总体矩阵或子结构矩阵为修正对象，修正结果物理意义不明确；后者以矩阵中元素为修正对象，具有较强的修正能力和丁程实用性【3]。粒子群优化(PSO)算法是元素型修正方法的一种，该算法形式简洁，便于改进且具有较高的搜索效率，近年来开始应用于模型修正领域。响应面方法用显式函数式近似模拟结构响应与有限元模型参数之间复杂的隐式关系，基于响应面的模型修收稿日期：2010-07．01；退修日期：2010-09·30；录用日期：2010-11-15；网络出版时问：2010—11-3017：43网络出版地址：WWW．c

6、nkinet／kcms／detail／11．1929．V．20101130．1743+000．h咖IDOI：CNKI：1I-1929／V．20101130．1743．000基金项目：。微小型航天器系统技术”长江学者创新团队发展计划(IRT0520)*通讯作者．Tel．：0451-86402357E—mail：kongxr@hit．edu．on飘曩謦武I泰薹灵．我宪仁．罗史渡．多镛层碳钎维蜂窝教模型谬正￡J-j航空学报．201'。32(4)：636-648．QinYuling．KongXianren．LuoWenbo．Mode／updatingformu

7、lti-layeredcafbonfiberhoneycombsandwichpane／[JJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSin#∞，20¨，32(4)：636·648．秦￡灵等：多铺层碳纤维蜂窝板模型修上E正方法可以避免每次迭代中调用有限元程序，提高计算效率【1]。本文以多铺层蜂窝板的材料参数为修正对象，通过搜索材料参数摄动量缩小待修正模型与基准模型之间模态频率的差异。首先通过分析各形式响应面拟合原理及适用范围，提出了综合一次多项式(I．inear)核的线性拟合能力和Gaussi—an核的非线性拟合能力的Linear—

8、and—Gaussian组合核支持向量机(SVM)响应面，并提出了引入混沌搜索机制和变异算子的