主管单位:中华人民共和国工业和信息化部
主办单位:西北工业大学  中国航空学会
地       址:西北工业大学友谊校区航空楼
数据-机理融合驱动的复合材料疲劳损伤渐进分析方法
作者:
作者单位:

南京航空航天大学 航空航天结构力学及控制全国重点实验室

作者简介:

通讯作者:

中图分类号:

V414.8;V214.8

基金项目:

国家自然科学基金项目(面上项目,重点项目,重大项目)


A data-mechanism fusion-driven approach to the progressive analysis of fatigue damage in composites
Author:
Affiliation:

State Key Laboratory of Mechanics and Control for Aerospace Structures,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

Fund Project:

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    摘要:

    随着纤维增强复合材料在航空航天领域的广泛应用,复合材料的疲劳问题日益突现。为了实现高效准确的疲劳损伤分析,提出一种数据—机理融合驱动的复合材料疲劳损伤渐进分析方法,该方法利用单隐藏层神经网络作为内聚力模型的疲劳本构进行循环载荷下的疲劳分层模拟。采用基于Paris 公式的损失函数约束项实现数据—机理融合的神经网络模型训练;在采用双悬臂梁和四点弯梁验证在纯Ⅰ型、纯Ⅱ型和混合型模式下的疲劳分层扩展分析能力后,进一步采用增强双悬臂梁(R-DCB)模型对具有复杂疲劳分层前缘情况下内聚力模型的适用性进行验证。结果表明:数据—机理融合驱动的复合材料疲劳损伤渐进分析方法能够实现快速有效的复合材料分层扩展预测,为复合材料结构设计和安全保障提供了新的思路和方法。

    Abstract:

    With the wide application of fibre-reinforced composites in aerospace, the fatigue problem of composites is becoming more and more prominent. In order to achieve efficient and accurate fatigue damage analysis, a data-mechanism driven method for the progressive analysis of fatigue damage in composites is proposed. The method utilizes a single-hidden-layer neural network as its fatigue constitutive law for simulations of fatigue delamination under cyclic loading. In order to achieve neural network training with a small quantity of samples, this paper uses a Paris-law-informed regulations to achieve data-mechanism fusion for neural network model training. The ability to analyze fatigue delamination is validated in in the full range of mode-I and mode-II as well as mixed modes of different mode ratios using double cantilever beam (DCB) and 4-point end flexure (4ENF), the paper further verifies the applicability of the cohesive model in the case of complex fatigue delamination front using an reinforced double cantilever beam (R-DCB) model. The numerical results of this paper show that the data-mechanism driven fatigue damage progressive analysis method for composites could rapidly and effectively simulate the composite delamination propagation with high fidelity, providing a new idea and method for composite structure design and safety assurance.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

李倩,陶翀骢,张超,季宏丽,裘进浩.数据-机理融合驱动的复合材料疲劳损伤渐进分析方法[J].航空工程进展,2023,14(5):44-53

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  • 收稿日期:2023-06-06
  • 最后修改日期:2023-08-08
  • 录用日期:2023-08-10
  • 在线发布日期: 2023-10-07
  • 出版日期: