基于多项式代理模型的薄膜材料力学参数识别
发布时间：2022-01-12 10:24
针对鼓泡方法对具有不同本构关系的薄膜材料力学参数识别方法难以统一的问题,提出了一种基于代理模型的薄膜材料力学参数识别方法。首先,运用多项式代理模型将薄膜材料力学参数与薄膜试件在不同测点的挠度仿真值之间的关系显式化,然后采用改进的鼓泡实验装置测量并获得薄膜试件上各测点的扰度实验值,再以相应的测点多项式代理模型值与实验值之间的相对误差的平方和作为目标函数,采用状态转移算法对材料参数进行反解,获得能表征薄膜的真实材料参数。采用这一方法,对304不锈钢薄膜和橡胶材料进行识别实验,证实了这一方法的有效性和可靠性。因此可以利用本文的方法研究鼓泡实验装置的仪器化,从而为进一步实现薄膜材料力学参数识别方法的统一提供新的思路。
【文章来源】：实验力学. 2020,35(04)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
状态转移算法流程图
表2 橡胶薄膜材料的多项式代理模型Tab.2 Polynomial agent model for rubber film materials 测点序号 多项式代理模型 1 F1(C10,C01)=0.208C 10 2 +0.441C10C01+0.275C 01 2 -1.667C10-1.850C01+5.893 2 F2(C10,C01)=0.207C 10 2 +0.439C10C01+0.274C 01 2 -1.660C10-1.843C01+5.869 3 F3(C10,C01)=0.205C 10 2 +0.434C10C01+0.271C 01 2 -1.641C10-1.823C01+5.803 4 F4(C10,C01)=0.201C 10 2 +0.426C10C01+0.266C 01 2 -1.610C10-1.789C01+5.694 5 F5(C10,C01)=0.195C 10 2 +0.415C10C01+0.259C 01 2 -1.566C10-1.741C01+5.541 6 F6(C10,C01)=0.188C 10 2 +0.400C10C01+0.249C 01 2 -1.510C10-1.680C01+5.344 7 F7(C10,C01)=0.179C 10 2 +0.382C10C01+0.238C 01 2 -1.441C10-1.606C01+5.102 8 F8(C10,C01)=0.169C 10 2 +0.361C10C01+0.225C 01 2 -1.36C10-1.517C01+4.815 9 F9(C10,C01)=0.157C 10 2 +0.336C10C01+0.21C 01 2 -1.265C10-1.413C01+4.481 10 F10(C10,C01)=0.143C 10 2 +0.307C10C01+0.192C 01 2 -1.156C10-1.296C01+4.098 11 F11(C10,C01)=0.127C 10 2 +0.275C10C01+0.172C 01 2 -1.034C10-1.162C01+3.666 12 F12(C10,C01)=0.110C 10 2 +0.24C10C01+0.15C 01 2 -0.898C10-1.013C01+3.183 13 F13(C10,C01)=0.091C 10 2 +0.2C10C01+0.125C 01 2 -0.747C10-0.848C01+2.646 14 F14(C10,C01)=0.07C 10 2 +0.157C10C01+0.098C 01 2 -0.581C10-0.666C01+2.054薄膜装夹装置由带通孔的不锈钢压盖(法兰)和圆柱体不锈钢测量基座构成,由螺钉连接,将薄膜固定在压盖与基座之间的通孔位置,通过平垫圈,薄膜,平垫圈的顺序安置,由硅胶进行密封。激光位移测量系统主要引入激光位移测量技术,激光头的测量方法选用漫反射测量,测点的变形量由激光位移传感器测得,其原理为三角测量法。采用三角测量法的激光位移传感器最高线性度可达1μm,分辨率更是可达到0.1μm的水平,所以此测量方法具有成本低、全场测量、非接触式、高分辨率、高灵敏度、无破坏、操作简单、理论精度高、可以快速获取结果等优点。为了能在较稳定的压强作用下进行实验,压力加载系统选用流体静压的方式加载,实验装置的设计选用连通器的方式。为了能时刻准确掌控所施加压强的大小,需要在容器上刻下刻度,根据连通器内部压强平衡,可得载荷大小为:
表7 三种参数识别方法得到的杨氏模量与拉伸实验得到的杨氏模量的相对误差Tab.7 Relative error between Young′s modulus obtained by three parameter identification methods and Young′s modulus obtained by tensile test 方法 杨氏模量/MPa 相对误差/% 拉伸实验 192000 0 文献[20] 198311.3 3.18 文献[21] 182654.1 5.12 本文方法 195559 1.81 注:文献[20]是基于鼓膜法与薄板小变形理论相结合的参数识别方法,文献[21]是基于Hecnky问题级数解的参数识别方法。4.2 橡胶材料结果分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于鼓膜法的薄膜力学性能测试研究[J]. 李鲁鲁,马树军,张冲,修强. 传感器与微系统. 2017(09)
[2]基于激光超声场检测的材料常数测量方法[J]. 李茜茜,赵金峰,潘永东. 实验力学. 2016(03)
[3]Bammann-Chiesa-Johnson粘塑性本构模型材料参数的一种识别方法[J]. 谭阳,迟毅林,黄亚宇,姚廷强. 计算力学学报. 2015(04)
[4]原位微拉曼测试技术在碳纳米管纤维和薄膜材料力学性能研究中的应用[J]. 李秋,仇巍,邓卫林,亢一澜. 实验力学. 2014(03)
[5]虚位移场方法在石墨材料力学参数测量中的应用[J]. 郭保桥,陈鹏万,谢惠民,戴福隆,Fabrice PIERRON. 实验力学. 2011(05)
[6]Modeling and parameter identification of amplitude- and frequency-dependent rubber isolator[J]. 孙德伟,陈志刚,张广玉,P.Eberhard. Journal of Central South University of Technology. 2011(03)
[7]纳米压痕法研究PZT压电薄膜的力学性能[J]. 蒋锐,胡小方,许晓慧,伍小平. 实验力学. 2007(06)
[8]微构件材料力学性能测试方法[J]. 苏才钧,吴昊,郭占社,孟永钢,温诗铸. 实验力学. 2005(03)
[9]半导体器件残余应力测试与模拟研究[J]. 孙建海,王卫宁,耿照新,岳伟. 实验力学. 2004(04)
[10]钢管混凝土拱桥缀板鼓包应力的测试方法[J]. 李建康,孙建忠,苏彦江,杨齐海,张超福. 实验力学. 2003(04)
本文编号：3584609
【文章来源】：实验力学. 2020,35(04)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
状态转移算法流程图
表2 橡胶薄膜材料的多项式代理模型Tab.2 Polynomial agent model for rubber film materials 测点序号 多项式代理模型 1 F1(C10,C01)=0.208C 10 2 +0.441C10C01+0.275C 01 2 -1.667C10-1.850C01+5.893 2 F2(C10,C01)=0.207C 10 2 +0.439C10C01+0.274C 01 2 -1.660C10-1.843C01+5.869 3 F3(C10,C01)=0.205C 10 2 +0.434C10C01+0.271C 01 2 -1.641C10-1.823C01+5.803 4 F4(C10,C01)=0.201C 10 2 +0.426C10C01+0.266C 01 2 -1.610C10-1.789C01+5.694 5 F5(C10,C01)=0.195C 10 2 +0.415C10C01+0.259C 01 2 -1.566C10-1.741C01+5.541 6 F6(C10,C01)=0.188C 10 2 +0.400C10C01+0.249C 01 2 -1.510C10-1.680C01+5.344 7 F7(C10,C01)=0.179C 10 2 +0.382C10C01+0.238C 01 2 -1.441C10-1.606C01+5.102 8 F8(C10,C01)=0.169C 10 2 +0.361C10C01+0.225C 01 2 -1.36C10-1.517C01+4.815 9 F9(C10,C01)=0.157C 10 2 +0.336C10C01+0.21C 01 2 -1.265C10-1.413C01+4.481 10 F10(C10,C01)=0.143C 10 2 +0.307C10C01+0.192C 01 2 -1.156C10-1.296C01+4.098 11 F11(C10,C01)=0.127C 10 2 +0.275C10C01+0.172C 01 2 -1.034C10-1.162C01+3.666 12 F12(C10,C01)=0.110C 10 2 +0.24C10C01+0.15C 01 2 -0.898C10-1.013C01+3.183 13 F13(C10,C01)=0.091C 10 2 +0.2C10C01+0.125C 01 2 -0.747C10-0.848C01+2.646 14 F14(C10,C01)=0.07C 10 2 +0.157C10C01+0.098C 01 2 -0.581C10-0.666C01+2.054薄膜装夹装置由带通孔的不锈钢压盖(法兰)和圆柱体不锈钢测量基座构成,由螺钉连接,将薄膜固定在压盖与基座之间的通孔位置,通过平垫圈,薄膜,平垫圈的顺序安置,由硅胶进行密封。激光位移测量系统主要引入激光位移测量技术,激光头的测量方法选用漫反射测量,测点的变形量由激光位移传感器测得,其原理为三角测量法。采用三角测量法的激光位移传感器最高线性度可达1μm,分辨率更是可达到0.1μm的水平,所以此测量方法具有成本低、全场测量、非接触式、高分辨率、高灵敏度、无破坏、操作简单、理论精度高、可以快速获取结果等优点。为了能在较稳定的压强作用下进行实验,压力加载系统选用流体静压的方式加载,实验装置的设计选用连通器的方式。为了能时刻准确掌控所施加压强的大小,需要在容器上刻下刻度,根据连通器内部压强平衡,可得载荷大小为:
表7 三种参数识别方法得到的杨氏模量与拉伸实验得到的杨氏模量的相对误差Tab.7 Relative error between Young′s modulus obtained by three parameter identification methods and Young′s modulus obtained by tensile test 方法 杨氏模量/MPa 相对误差/% 拉伸实验 192000 0 文献[20] 198311.3 3.18 文献[21] 182654.1 5.12 本文方法 195559 1.81 注:文献[20]是基于鼓膜法与薄板小变形理论相结合的参数识别方法,文献[21]是基于Hecnky问题级数解的参数识别方法。4.2 橡胶材料结果分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于鼓膜法的薄膜力学性能测试研究[J]. 李鲁鲁,马树军,张冲,修强. 传感器与微系统. 2017(09)
[2]基于激光超声场检测的材料常数测量方法[J]. 李茜茜,赵金峰,潘永东. 实验力学. 2016(03)
[3]Bammann-Chiesa-Johnson粘塑性本构模型材料参数的一种识别方法[J]. 谭阳,迟毅林,黄亚宇,姚廷强. 计算力学学报. 2015(04)
[4]原位微拉曼测试技术在碳纳米管纤维和薄膜材料力学性能研究中的应用[J]. 李秋,仇巍,邓卫林,亢一澜. 实验力学. 2014(03)
[5]虚位移场方法在石墨材料力学参数测量中的应用[J]. 郭保桥,陈鹏万,谢惠民,戴福隆,Fabrice PIERRON. 实验力学. 2011(05)
[6]Modeling and parameter identification of amplitude- and frequency-dependent rubber isolator[J]. 孙德伟,陈志刚,张广玉,P.Eberhard. Journal of Central South University of Technology. 2011(03)
[7]纳米压痕法研究PZT压电薄膜的力学性能[J]. 蒋锐,胡小方,许晓慧,伍小平. 实验力学. 2007(06)
[8]微构件材料力学性能测试方法[J]. 苏才钧,吴昊,郭占社,孟永钢,温诗铸. 实验力学. 2005(03)
[9]半导体器件残余应力测试与模拟研究[J]. 孙建海,王卫宁,耿照新,岳伟. 实验力学. 2004(04)
[10]钢管混凝土拱桥缀板鼓包应力的测试方法[J]. 李建康,孙建忠,苏彦江,杨齐海,张超福. 实验力学. 2003(04)
本文编号：3584609
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