一种复合材料弹性模量的确定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种复合材料弹性模量的确定方法及系统。本发明专利技术根据复合材料一维结构形式的振动微分方程，确定复合材料结构待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量计算公式，记为弱形式弹性模量计算模型；根据弱形式弹性模量计算模型确定复合材料结构宽频激振条件下，待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量的计算公式，即为宽频激振弹性模量计算模型。采用本发明专利技术提供的复合材料弹性模量的确定方法及系统，能够对复合材料进行无损、原位、局部的弹性模量测量。而且，本发明专利技术采用弱形式的计算方式，能够避免求解振动位移高阶偏导数带来的信噪比下降问题。

A Method and System for Determining Elastic Modulus of Composite Materials

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料弹性模量的确定方法及系统
本专利技术涉及复合材料力学性能测试领域，特别是涉及一种复合材料弹性模量的确定方法及系统。
技术介绍
复合材料具有很高的比刚度、比强度和耐腐蚀等特性，因此被广泛地应用于众多工程领域，如航空、航天、船舶和汽车。为了保证在复合材料投入使用之前具有良好的安全和可靠性能，最为有效的方式是采取随机抽样进行检验，通过典型试件的拉伸破坏试验评估复合材料的力学特性。然而，这种测试手段虽然有效，但是对材料具有破坏性。因此，无法对全部复合材料产品进行出厂测试，更难以满足在使用过程中复合材料结构的原位、无损、局部的力学性能评估。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种复合材料弹性模量的确定方法及系统，能够对复合材料进行无损、原位、局部的弹性模量测量。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种复合材料弹性模量的确定方法，所述确定方法包括：获取复合材料结构待测区域的密度、截面积、惯性矩、复合材料结构在宽频激振条件下带宽的频率下限、频率上限及带宽范围内各个频率对应的稳态振动位移；将所述密度、所述截面积、所述惯性矩、所述频率下限、所述频率上限和各所述稳态振动位移输入宽频激振弹性模量计算模型，获得复合材料结构宽频激振条件下待测区域的弹性模量；其中，所述宽频激振弹性模量计算模型的确定方法具体包括：根据复合材料一维结构形式的振动微分方程，确定复合材料结构待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量计算公式，记为弱形式弹性模量计算模型；根据所述弱形式弹性模量计算模型确定所述复合材料结构宽频激振条件下，所述待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量的计算公式，记为宽频激振弹性模量计算模型。可选的，所述根据复合材料一维结构形式的振动微分方程，确定复合材料结构待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量计算公式，具体包括：根据复合材料一维结构形式的振动微分方程，确定复合材料结构待测区域内任意一点强形式下的弹性模量计算公式；根据强形式下的弹性模量计算公式确定复合材料结构待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量计算公式。可选的，复合材料结构待测区域内任意一点强形式下的弹性模量计算公式为：其中，E(x,ω)表示复合材料结构待测区域内，位置x处稳态振动角频率为ω时强形式下的弹性模量，ρ表示复合材料结构待测区域的密度，S表示复合材料结构待测区域的截面积，I表示复合材料结构待测区域的惯性矩，ω表示稳态振动角频率，w(x,ω)表示位置x处稳态振动角频率为ω时的振动位移，w(4)(x,ω)表示w(x,ω)在空间上的四阶偏导数。可选的，复合材料结构待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量计算公式为：其中，表示位置x处稳态振动角频率为ω时弱形式下的弹性模量，g(x)表示弱形式选择的权函数，g(4)(x)表示g(x)在空间上的四阶导数，<w(x,ω),g(x)>表示w(x,ω)和g(x)的内积，<w(x,ω),g(4)(x)>表示w(x,ω)和g(4)(x)的内积。可选的，所述权函数为高斯函数、高斯函数一阶导数、三角函数或者多项式函数。可选的，所述宽频激振弹性模量计算模型为：其中，ωl表示宽频激振带宽的频率下限，ωh表示宽频激振带宽的频率上限，表示复合材料结构宽频激振条件下位置x处的弹性模量。可选的，频率范围[ωl,ωh]不包含复合材料结构的固有频率。一种复合材料弹性模量的确定系统，所述确定系统包括：数据获取模块，用于获取复合材料结构待测区域的密度、截面积、惯性矩、复合材料结构在宽频激振条件下带宽的频率下限、频率上限及带宽范围内各个频率对应的稳态振动位移；弹性模量计算模块，用于将所述密度、所述截面积、所述惯性矩、所述频率下限、所述频率上限和各所述稳态振动位移输入宽频激振弹性模量计算模型，获得复合材料结构待测区域的弹性模量；其中，所述宽频激振弹性模量计算模型的确定子系统包括：弱形式弹性模量确定模块，用于根据复合材料一维结构形式的振动微分方程，确定复合材料结构待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量计算公式，记为弱形式弹性模量计算模型；宽频激振弹性模量确定模块，用于根据所述弱形式弹性模量计算模型确定所述复合材料结构宽频激振条件下，所述待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量的计算公式，记为宽频激振弹性模量计算模型。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的复合材料弹性模量的确定方法及系统，将复合材料结构待测区域的密度、截面积、惯性矩、宽频激振条件下带宽的频率下限、频率上限及带宽范围内各个频率对应的稳态振动位移输入宽频激振弹性模量计算模型，即可获得复合材料结构宽频激振条件下待测区域的弹性模量。其中，宽频激振弹性模量计算模型的确定方法具体包括：根据复合材料一维结构形式的振动微分方程，确定复合材料结构待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量计算公式，记为弱形式弹性模量计算模型；根据弱形式弹性模量计算模型确定复合材料结构宽频激振条件下，待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量的计算公式，即为宽频激振弹性模量计算模型。采用本专利技术提供的复合材料弹性模量的确定方法及系统，能够对复合材料进行无损、原位、局部的弹性模量测量。而且，本专利技术采用弱形式的计算方式，能够避免求解振动位移高阶偏导数带来的信噪比下降问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种复合材料弹性模量的确定方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的宽频激振弹性模量计算模型的确定方法的流程图；图3为本专利技术实施例提供的一种复合材料弹性模量的确定系统的结构框图；图4为本专利技术实施例提供的宽频激振弹性模量计算模型的确定子系统的结构框图；图5为本专利技术实施例提供的宽频激振弹性模量计算模型的确定方法及系统的实施原理图；图6为本专利技术实施例提供的典型权函数曲线图；图7为本专利技术实施例提供的典型权函数的四阶偏导数曲线图；图8为本专利技术实施例提供的典型单频激振下复合材料结构的振动位移曲线图；图9为本专利技术实施例提供的单一频率下弱形式弹性模量的评估结果示意图；图10为本专利技术实施例提供的宽频下弱形式弹性模量的评估结果示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种复合材料弹性模量的确定方法及系统，能够对复合材料进行无损、原位、局部的弹性模量测量。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例提供的一种复合材料弹性模量的确定方法的流程图。如图1所示，所述确定方法包括：步骤101：获取复合材料结构待测区域的密度、截面积、惯性矩、复合材料结构在宽频激振条件下带宽的频率下限、频率上限及带宽范围内各个频率对应的稳态振动位移。步骤102：将所述密度、所述截面积、所述惯性矩、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料弹性模量的确定方法，其特征在于，所述确定方法包括：获取复合材料结构待测区域的密度、截面积、惯性矩、复合材料结构在宽频激振条件下带宽的频率下限、频率上限及带宽范围内各个频率对应的稳态振动位移；将所述密度、所述截面积、所述惯性矩、所述频率下限、所述频率上限和各所述稳态振动位移输入宽频激振弹性模量计算模型，获得复合材料结构宽频激振条件下待测区域的弹性模量；其中，所述宽频激振弹性模量计算模型的确定方法具体包括：根据复合材料一维结构形式的振动微分方程，确定复合材料结构待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量计算公式，记为弱形式弹性模量计算模型；根据所述弱形式弹性模量计算模型确定所述复合材料结构宽频激振条件下，所述待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量的计算公式，记为宽频激振弹性模量计算模型。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料弹性模量的确定方法，其特征在于，所述确定方法包括：获取复合材料结构待测区域的密度、截面积、惯性矩、复合材料结构在宽频激振条件下带宽的频率下限、频率上限及带宽范围内各个频率对应的稳态振动位移；将所述密度、所述截面积、所述惯性矩、所述频率下限、所述频率上限和各所述稳态振动位移输入宽频激振弹性模量计算模型，获得复合材料结构宽频激振条件下待测区域的弹性模量；其中，所述宽频激振弹性模量计算模型的确定方法具体包括：根据复合材料一维结构形式的振动微分方程，确定复合材料结构待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量计算公式，记为弱形式弹性模量计算模型；根据所述弱形式弹性模量计算模型确定所述复合材料结构宽频激振条件下，所述待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量的计算公式，记为宽频激振弹性模量计算模型。2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述根据复合材料一维结构形式的振动微分方程，确定复合材料结构待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量计算公式，具体包括：根据复合材料一维结构形式的振动微分方程，确定复合材料结构待测区域内任意一点强形式下的弹性模量计算公式；根据强形式下的弹性模量计算公式确定复合材料结构待测区域内任意一点弱形式下的弹性模量计算公式。3.根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于，复合材料结构待测区域内任意一点强形式下的弹性模量计算公式为：其中，E(x,ω)表示复合材料结构待测区域内，位置x处稳态振动角频率为ω时强形式下的弹性模量，ρ表示复合材料结构待测区域的密度，S表示复合材料结构待测区域的截面积，I表示复合材料结构待测区域的惯性矩，ω表示稳态振动角频率，w(x,ω)表示位置x处稳态振动角频率为ω时的振动位移，w(4)(x,ω)表示w(x,ω)在空间上的四阶偏导数。4.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，裘天政，刘婧，季宏丽，姚卫星，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32