大连理工大学;大连君晟科技有限责任公司杨雷获国家专利权
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龙图腾网获悉大连理工大学;大连君晟科技有限责任公司申请的专利复合材料薄壁结构冲击导波响应的数值仿真方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN116542081B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-10发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202310121625.2,技术领域涉及:G06F30/23;该发明授权复合材料薄壁结构冲击导波响应的数值仿真方法是由杨雷;邓德双;马书义;杨正岩;武湛君设计研发完成,并于2023-02-16向国家知识产权局提交的专利申请。
本复合材料薄壁结构冲击导波响应的数值仿真方法在说明书摘要公布了:本申请公开了一种复合材料薄壁结构冲击导波响应的数值仿真方法,包括步骤:构建几何模型;对模型进行网格划分;为模型各部分赋予材料属性;设置冲击边界条件;设置各部分的相互作用;设置分析步及输出;提交计算。该方法考虑压电效应和材料阻尼特性,通过有限元软件模拟复合材料薄壁结构在冲击作用下的导波响应,可用于揭示复合材料薄壁结构的冲击导波响应机制及其影响因素,对基于压电传感器的复合材料结构冲击监测技术的发展具有推动作用。
本发明授权复合材料薄壁结构冲击导波响应的数值仿真方法在权利要求书中公布了:1.一种复合材料薄壁结构冲击导波响应的数值仿真方法,其特征在于:该方法包括步骤: 建立几何模型,所述几何模型包括复合材料薄壁结构模型部分、包括多个压电传感器模型部分的压电传感器阵列模型部分、冲击物模型部分;其中,所述压电传感器阵列模型部分中的压电传感器模型部分均匀分布在所述复合材料薄壁结构模型部分的表面;每个所述压电传感器模型部分与所述复合材料薄壁结构模型部分之间设有一层胶层模型部分; 对所述几何模型的所述各模型部分划分有限元网格,包括将所述复合材料薄壁结构模型部分的网格单元设置为三维实体或壳单元,将所述冲击物模型部分的网格单元设置为三维实体单元,将每个所述压电传感器模型部分的网格单元设置为压电单元; 为所述复合材料薄壁结构模型部分定义材料方向,赋予其正交各向异性材料属性;为胶层模型部分和冲击物模型部分均赋予相应的线弹性各向同性材料属性;为所述压电传感器模型部分赋予压电材料的参数; 设定所述复合材料薄壁结构模型部分的边界条件,以及通过对冲击物模型部分施加初速度来模拟冲击过程,所述初速度依据冲击能量进行换算; 为所述压电传感器模型部分与所述复合材料薄壁结构模型部分之间设置绑定约束,所述冲击物模型部分与所述复合材料薄壁结构模型部分之间设置接触作用,并通过罚函数引入摩擦系数; 采用隐式动力学分析步,其中,根据所需的采样频率设置时间步长,将每个所述压电传感器模型部分上表面的节点设置为监测点输出其对所述冲击过程的电压响应;以及 基于每个所述监测点输出的电压响应计算获得每个所述压电传感器模型部分上表面所有节点的电压信号,取一个所述压电传感器模型部分的所有节点的电压信号的平均值得到该压电传感器模型部分的平均电压信号; 对所述压电传感器模型部分赋予压电材料的参数包括赋予弹性常数、压电常数和介电常数,以使它们之间满足如下的压电效应方程:,式中,为应力,为应变,为电场强度,为电位移,为弹性常数矩阵,为压电常数矩阵,为的转置矩阵,为介电常数矩阵; 在所述复合材料薄壁结构模型部分和所述胶层模型部分中引入阻尼用于模拟能量耗散; 对所述复合材料薄壁结构模型部分和所述胶层模型部分设置瑞利阻尼来模拟其在冲击过程的能量衰减行为;通过以下步骤求解阻尼系数和以用于有限元软件分析: 其中,所述瑞利阻尼中结构固有角频率与阻尼比满足关系:,其中,为结构固有角频率,为阻尼比,已知结构固有角频率和与对应的阻尼比和,分别代入上式,得到关于阻尼系数和的两个线性代数方程组,从而解得和。
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